DE10023781B4

DE10023781B4 - Befestigungsvorrichtung für ein schwingfähiges Bauelement

Info

Publication number: DE10023781B4
Application number: DE2000123781
Authority: DE
Inventors: Volker Kalkhof; Thomas Kempernolte
Original assignee: Volkswagen AG; Anvis Deutschland GmbH
Current assignee: Volkswagen AG; SumiRiko AVS Germany GmbH
Priority date: 2000-05-15
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: DE10023781A1; DE10023781C5

Abstract

Befestigungsvorrichtung für ein schwingfähiges Bauelement, insbesondere für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, die ein Dämpfungselement (12) umfasst, über das das Bauelement mit einer Kraftfahrzeugkarosse verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) eine größere Steifigkeit aufweist als in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) und dass sich die Querschnittsfläche des Dämpfungselementes (12) in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erweitert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Befestigungsvorrichtung für ein schwingfähiges Bauelement mit den im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Merkmalen.
Es ist bekannt, die Abgasanlage von Kraftfahrzeugen elastisch aufzuhängen. Die Aufhängungen sollen dabei eine hohe Steifigkeit in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) und eine geringere einstellbare Steifigkeit in der y- als auch in der z-Richtung besitzen. Neben dem Tragen des Eigengewichtes der Anlage hat die elastische Aufhängung die Aufgabe, Bewegungen der Abgasanlage relativ zur Karosserie, welche durch Lastwechsel-Bewegungen des Antriebsaggregates hervorgerufen werden, auszugleichen, sowie Beschleunigungs- und Bremskräfte der Abgasanlage aufnehmen. Weiterhin sollen die vom Antriebsaggregat übertragenen Schwingungen und daraus eventuell entstehende Resonanzen der Abgasanlagen von der Karosserie ferngehalten werden. Es ist allgemein bekannt und üblich, die Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges von dem pendelnd aufgehängten Antriebsaggregat schwingungstechnisch abzukoppeln. Dies erfolgt durch Anordnung eines hochdämpfenden Abkopplungselementes zwischen Antriebsaggregat und Abgasanlage. Dadurch, dass einerseits das pendelnd aufgehängte Antriebsaggregat in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) hin und her schwingt und diese Schwingungen auf das Abkopplungselement überträgt und andererseits die elastisch aufgehängte Abgasleitung selber hin und her schwingt, kann es vorkommen, dass beispielsweise das Antriebsaggregat in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne schwingt, wohingegen die Abgasleitung in Fahrzeuglängsrichtung gleichzeitig nach hinten schwingt. Somit kann es entweder zu einer großen Streckung oder zu einer großen Stauchung des Abkoppelelementes kommen. Die auf das Abkopplungselement wirkenden Belastungen sind sehr hoch, wodurch der Verschleiß des Abkopplungselementes bis hin zum Materialbruch erhöht wird. Somit besteht eine Aufgabe der elastischen Aufhängung der Abgasanlage darin, Bewegungen der Abgasanlage in Fahrzeuglängsrichtung weitestgehend zu reduzieren.
Aus der EP 0 646 486 B1 ist eine elastische Aufhängung zur Befestigung von Abgasanlagen an den Tragkonstruktionen von Fahrzeugen bekannt, die im Wesentlichen aus einem scheibenförmigen Federelement aus geschlossenzellig geschäumtem Gummiwerkstoff besteht. Das Federelement ist mit Montagelöchern zur Aufnahme von Befestigungselementen für die Befestigung der Abgasanlage sowie zur Befestigung an der Tragkonstruktion des Fahrzeuges versehen. Außerdem ist das Federelement von einem zugfesten, biegeelastischen Stützband als Verliersicherung umschlossen. Die gewünschte Federkennlinie des Federelements, die in einem ausreichend großen Arbeitsbereich eine lineare, weiche Kennlinie mit daran anschließendem progressiven Bereich aufweist, wird über die Porengröße und den Schäumungsgrad des Gummiwerkstoffes eingestellt.
Aus der DE 37 37 987 A1 ist eine Aufhängeöse für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei der in dem elastischen Schlaufenkörper eine elastisch verformbare Einlage angeordnet ist. Durch den Einsatz von unterschiedlichen elastischen Körpern mit unterschiedlichen Federungskennlinien soll eine entsprechende Kennlinie der Aufhängung der Abgasanlage erreicht werden.
Weiterhin ist aus der US 4 676 332 A eine üblicherweise als Pendellager bezeichnete Befestigungsvorrichtung für eine Abgasanlage an einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der eine elastische Schlaufe eine Abgasleitung mit einer Fahrzeugstruktur verbindet. Hierbei verjüngt sich die elastische Schlaufe im Verlauf deren Längserstreckung in Fahrzeugquerrichtung. Dadurch wird die Steifigkeit der Schlaufe in Längserstreckungsrichtung an die Steifigkeit in Querrichtung des Fahrzeugs angepasst. Die elastische Schlaufe soll ferner derart angeordnet sein, dass deren Längserstreckung als Tangente zu einem gedachten Kreis um eine Torsionsachse eines mit der Abgasanlage verbundenen Antriebsaggregats liegt, um Torsionsschwingungen zu dämpfen. Ferner ist aus der DE 198 12 699 A1 eine Aufhängung für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der eine Schwingung der Abgasanlage in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) aufgefangen bzw. vermindert wird. Hierfür weist die Aufhängevorrichtung zwei Aufhängungselemente auf, die auf in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) gegenüberliegenden Seiten der Abgasleitung und in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) hintereinander angeordnet sind. Die US 2 489 480 A offenbart des Weiteren ein Abgasrohr, welches mittels einer Schraubenfeder an einem Stoßfänger aufgehängt ist. Schließlich ist aus der EP 0 807 749 A2 eine Abgasanlage für ein Kraftfahrzeug bekannt, welche mittels gummielastischer Halter, deren Haupterstreckungsrichtung in Fahrzeugquer- bzw. Fahrzeughochrichtung (y- bzw. z-Richtung) ist, am Fahrzeugboden aufgehängt ist. Die Halter weisen einen einstückigen Körper auf, welcher seinerseits einen im allgemeinen zylindrischen oder einen zylindrischen und im mittleren Bereich im Axialschnitt leicht eingebuchteten Hauptabschnitt aufweist.
Mit den im Stand der Technik beschriebenen Aufhängungen lässt sich die Steifigkeit der Aufhängung der Abgasanlage sowohl in der y- als auch in der z-Fahrzeugrichtung entsprechend den gewünschten Bedingungen einstellen. Eine Verschiebung der Abgasleitung in x-Richtung (Fahrzeuglängsrichtung) lässt sich mit diesen Lösungen nicht ausschließen. Die oben genannten Nachteile einer hohen Beanspruchung der vorgeordneten Entkopplungselemente werden mit diesen Lösungen nicht behoben.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Aufhängung von Abgasanlagen für Kraftfahrzeuge so zu verbessern, dass ein Verschieben der Abgasanlage in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) weitestgehend vermieden und die Beanspruchung des der Abgasanlage vorgeschalteten Aggregates bei Realisierung der Einstellbarkeit der Steifigkeit in y- als auch in z-Fahrzeugrichtung reduziert wird, sowie den vorhandenen Bauraum besser auszunutzen.
Diese Aufgabe wird durch eine Befestigungsvorrichtung für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges mit den in dem Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass das Dämpfungselement in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) eine größere Steifigkeit aufweist als in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung), werden die in Fahrzeuglängsrichtung wirkenden Kräfte der Abgasanlage, die durch die Beschleunigung beziehungsweise Verzögerung des Fahrzeuges entstehen, nahezu vollständig aufgenommen, so dass eine Längsverschiebung der Abgasanlage weitestgehend vermieden wird. Durch die Verhinderung der Bewegung der Abgasanlage in Fahrzeuglängsrichtung wird gleichzeitig eine Schädigung der der Abgasanlage vorgeschalteten Entkopplungselemente vermieden. Durch die hohe Steifigkeit in Fahrzeuglängsrichtung werden außerdem die auftretenden Momente, die durch Schwingungen der Abgasanlage auftreten, durch die Befestigung aufgenommen, so dass die Einleitung von Schwingungen in den Fahrzeugboden fast vollständig vermieden wird. Zusätzlich können die Freigänge der Abgasanlage zu den karosseriefesten Teilen um die vorher vorgehaltenen Anteile der Aggregatbewegungen reduziert werden. Dieses führt zu einer besseren Ausnutzung des Bauraumes und ermöglicht somit den Einsatz größerer Schalldämpfervolumina.
Überdies ist vorgesehen, dass sich die Querschnittsfläche des Dämpfungselementes in x-Richtung erweitert. Durch entsprechende Gestaltung der Querschnittsfläche, bezogen auf die Länge des Dämpfungselementes in x-Richtung, lässt sich einerseits die Steifigkeit der Befestigungsvorrichtung in y- und x-Fahrzeugrichtung unabhängig voneinander einstellen, andererseits wird dadurch erreicht, dass im Belastungsfall die Steifigkeit in x-Richtung ansteigend ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Vorderansicht der Befestigungsvorrichtung für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges und
2 einen Schnitt entsprechend der Linie I-I gemäß 1.
Die erfinderische Befestigungsvorrichtung für eine im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) angeordnete Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges besteht aus einer Halterung 10 und dem daran angeordneten Dämpfungselement 12. Dabei ist das Dämpfungselement 12 so ausgebildet, dass es in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) eine größere Steifigkeit aufweist als in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung). Die Steifigkeit des Dämpfungselementes 12 in Fahrzeuglängsrichtung nimmt mit steigender Belastung zu.
Die biegesteif ausgebildete Halterung 10 ist quer zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet und besitzt Bohrungen 20, um Schrauben aufnehmen zu können, mit denen die Halterung 10 am Fahrzeugboden angeschraubt wird. Im Ausführungsbeispiel ist die aus Stahlblech bestehende Halterung 10 als Winkel ausgebildet, die – zur Erhöhung der Stabilität – mit Versteifungen 16 versehen sind.
An dem in z-Richtung befindlichen Schenkel der Halterung 10 ist das aus elastischem Material bestehende Dämpfungselement 12 befestigt. Als elastisches Material für das Dämpfungselement 12 kommt zum Beispiel Gummi, beispielsweise Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk, zum Einsatz. Zur Erhöhung der Temperaturbeständigkeit ist der Einsatz von Silikon oder anderen Stoffen mit ähnlichen thermischen und elastischen Eigenschaften ebenfalls möglich. Entsprechend der 1 ist die Befestigungsvorrichtung als Doppelaufhängung ausgeführt, so dass an der Halterung 10 zwei Dampfungselemente 12, in y-Richtung gesehen nebeneinander, angeordnet sind. Eine entsprechende Einzelaufhängung ist auch möglich. Die Querschnittsfläche der Dampfungselemente 12 ist so ausgebildet, dass sich ihre Querschnittsfläche in x-Richtung bis zur Halterung 10 hin erweitert, wobei die Dampfungselemente 12 kegelig oder pyramidenförmig ausgebildet sind. Im jeweiligen Dämpfungselement 12 ist mittig und in x-Richtung eine Bohrung 14 zur Aufnahme des Haltebügels 22 zur Befestigung der Abgasanlage angeordnet. Die Aufnahme der Abgasanlage kann dabei entweder durch Halter mit aufgestauchten Bürden beziehungsweise Auftulpungen oder als Schraublösung umgesetzt werden. Auch eine Lösung mit durchgestecktem Halter und Zugfixierung durch eine Schraube mit großem Bund ist generell möglich. Bei der Schraublösung muss die Schraube in das Dämpfungselement 12 mit einvulkanisiert werden und die Bauteile werden dann mit einem Halteblech und Mutter verbunden.
Die Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung ermöglicht auch eine Anordnung einer an sich bekannten mechanischen Verliersicherung für die Abgasanlage an der Halterung 10.
Die 2 entspricht der Schnittdarstellung der Linie I-I gemäß 1. Dabei zeigt die 2 eine Variante der Befestigung des Dampfungselementes 12 an der Halterung 10. In diesem Fall ist am Ende des Dämpfungselementes 12 eine Nut 18 angeordnet. Die Befestigung des Dämpfungselementes 12 erfolgt durch Einknüpfen des Dämpfungselementes 12 in die entsprechend vorgesehene Öffnung in der Halterung 10, so dass der Rand der Öffnung der Halterung 10 in der Nut 18 des Dämpfungselementes 12 endet.
Eine weitere Variante der Befestigung der Dämpfungselemente 12 an der Halterung 10 sieht vor, die Dämpfungselemente 12 an die Halterung 10 anzuvulkanisieren.
Durch die erfindungsgemäße Lösung, insbesondere durch die Anordnung eines sich in Fahrzeuglängsachse erweiternden elastischen Dämpfungselementes 12 an der quer zur Fahlzeuglängsachse angeordneten Halterung 10, werden die beim Bremsvorgang auftretenden Massenbeschleunigungen der Abgasanlage in Fahrzeuglängsrichtung durch Aufbringen von hoher, im Belastungsfall ansteigender Steifigkeit fixiert. Eine Beschädigung des der Abgasanlage vorgeschalteten Entkopplungselementes wird damit weitestgehend ausgeschlossen. Außerdem sind durch entsprechende Größengestaltung der Erweiterung in Verbindung mit der Federkennlinie des Dämpfungselementes die Steifigkeiten in y- und z-Richtung entsprechend den geforderten Bedingungen einstellbar. Durch die erfindungsgemäße Anordnung wird auch erreicht, dass die Steifigkeit des Dämpfungselementes 12 in y- und z-Richtung weicher ist als die Steifigkeit des Dämpfungselementes 12 in Verbindung mit der Halterung 10 in x-Richtung.
Bezugszeichenliste

10: Halterung
12: Dämpfungselement
14: Bohrung
16: Versteifung
18: Nut
20: Bohrung
22: Haltebügel

Claims

Befestigungsvorrichtung für ein schwingfähiges Bauelement, insbesondere für die Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, die ein Dämpfungselement (12) umfasst, über das das Bauelement mit einer Kraftfahrzeugkarosse verbindbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) eine größere Steifigkeit aufweist als in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) und in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) und dass sich die Querschnittsfläche des Dämpfungselementes (12) in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erweitert.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Dämpfungselementes (12) in Fahrzeuglängsrichtung in Abhängigkeit einer einwirkenden Belastung veränderlich ist.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit mit steigender Belastung zunimmt.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) über eine Halterung (10) mit der Kraftfahrzeugkarosse verbunden ist.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (10) biegesteif ausgebildet ist.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (10) als Winkel ausgebildet ist.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) an einem in z-Richtung erstreckenden Schenkel des Winkels der Halterung (10) angeordnet ist.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung (10) aus Stahlblech besteht.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass an der Halterung (10) ein oder mehrere Versteifungen (16) angeordnet sind.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Halterung (10) eine Verliersicherung für die Abgasanlage angeordnet ist.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche des Dämpfungselementes (12) sich in x-Richtung bis zur Halterung (10) erweitert.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) kegelig ausgeführt ist.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) pyramidenförmig ausgeführt ist.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) ein elastisches Material ist.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) aus Gummi besteht.
Befestigungsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) aus Silikon besteht.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass im Dämpfungselement (12) mittig und in x-Richtung eine Bohrung (14) zur Aufnahme von Befestigungselementen der Abgasanlage angeordnet ist.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) an die Halterung (10) vulkanisiert ist.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungselement (12) mit einer Nut (18) für die Halterung (10) versehen ist.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung als Einzelaufhängung ausgeführt ist.
Befestigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsvorrichtung als Doppelaufhängung ausgeführt ist.