DE102004014889A1

DE102004014889A1 - Schwingungsdämpfende Lagerung eines Bauteiles

Info

Publication number: DE102004014889A1
Application number: DE200410014889
Authority: DE
Inventors: Franz Engelmohr
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2004-03-26
Publication date: 2005-10-13
Also published as: EP1580448A2; EP1580448A3; EP1580448B1; DE502005001341D1

Abstract

Schwingungsdämpfende Lagerung eines Bauteiles (6), das mit einem Lagerbolzen (2, 10) verbunden oder verbindbar ist, der über ein radial elastisches Lager (1) an einem Wandbereich abgestützt ist, mit einer Schwingungsmasse (15'), die über wenigstens einen elastischen Bereich (13) abgestützt ist und durch Schwingbewegungen des Bauteiles (6) angeregt mechanische Schwingungen ausführen kann, die zumindest in einem Frequenzbereich den Schwingbewegungen des Bauteiles (6) entgegenwirken. Der Lagerbolzen (4) steht axial von dem Lager (1) ab, wobei an dem vorstehenden Stirnbereich des Lagerbolzens (4) eine Stützscheibe (8) angeordnet ist, die über einen elastischen Bereich (13) mit der Schwingungsmasse (15) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine schwingungsdämpfende Lagerung eines Bauteiles, mit den im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmalen.

Eine derartige schwingungsdämpfende Lagerung ist in der DE 195 36 737 A1 zur schwingungsisolierenden Lagerung von Motoren, Maschinen oder Aggregaten vorgesehen. Die elastische Lagerung weist eine progressive Federkennlinie mit einer kleinen Hysterese auf, die geringe innere Reibkräfte verursacht. Mit der Lagerung sollen die Lagerkräfte klein bleiben. Eine dynamische Beeinflussung des von der Lagerung abgestützten Bauteiles durch die Lagerung ist nicht beabsichtigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine schwingungsdämpfende Lagerung mit den Merkmalen im Oberbegriff des Patentanspruches 1 anzugeben, die in einfacher Weise selbsttätig eine dynamische Stabilisierung des zu Schwingungen angeregten Bauteiles bewirken kann.

Diese Aufgabe ist durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen entnehmbar.

An dem Lagerbolzen sind einerseits das Bauteil und andererseits die Schwingungsmasse abgestützt. Da sich die Schwingungsmasse über wenigstens einen elastischen Bereich an dem Lagerbolzen abstützt kann die Schwingungsmasse durch Schwingbewegungen des Bauteiles zu mechanischen Schwingungen angeregt werden und bei einer entsprechenden Abstimmung der Schwingungsmasse und des elastischen Bereiches den Schwingbewegungen des Bauteiles selbsttätig entgegen wirken, wodurch geringere dynamische Lagerkräfte auf das elastische Lager über tragen werden. Wenn der eine ausreichende Länge aufweisende Lagerbolzen um seine Längsachse zumindest bereichsweise biegsam ausgebildet ist, kann auch der Lagerbolzen elastische Bewegungen ausführen, die bei einer entsprechenden Abstimmung den Schwingbewegungen des Bauteiles entgegen wirken. In diesem Fall weist die schwingungsdämpfende Lagerung ohne das Lager zwei ausgeprägte Resonanzfrequenzen auf, die im wesentlichen durch die Biegeelastizität des Lagerbolzens und die daran abgestützten Massen sowie durch die Elastizität des elastischen Bereiches und die Schwingungsmasse bestimmt sind. Die beiden Resonanzfrequenzen können so abgestimmt werden, dass das Schwingungsverhalten des Bauteiles im Bereich der Resonanzfrequenzen selbsttätig stabilisiert wird, wodurch entsprechend geringere dynamische Lagerkräfte auf das elastische Lager übertragen werden.

Drei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand einer Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
1 ein erstes Ausführungsbeispiel in einem Querschnitt durch die Lagerung,
2 ein zweites Ausführungsbeispiel, bei dem der torusförmige elastische Bereich zwischen der Stützscheibe und der Schwingungsmasse im Querschnitt radial wellenförmig verläuft und
3 ein drittes Ausführungsbeispiel, mit einem torusförmigen, im Querschnitt keilförmigen elastischen Bereich zwischen der Stützscheibe und der Schwingungsmasse.
Die gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in 1 in einem Querschnitt dargestellte Lagerung weist einen Hinterachsträger 19 auf, der beispielsweise über vier nicht dargestellte elastische Stützlager am Boden der Karosserie eines Kraftfahrzeugs befestigt ist. Der Hinterachsträger 19 bildet drei separate Lager, von denen in der Figur lediglich ein Lager 1 dargestellt ist. Über diese Lager 1 ist ein Hinterachsgetriebe elastisch abgestützt, das im Bereich des Lagers 1 ein Bauteil 6 aufweist. Im Bereich des Lagers 1 bildet der Hinterachsträger 19 eine zylindrische Lagerbuchse, die mit einem radialen Abstand koaxial von einer Innenhülse 21 durchsetzt ist. Zwi schen der Innenhülse 21 und der Lagerbuchse des Hinterachsträgers 19 ist ein Elastomer 20 angeordnet, das an die benachbarten Bereiche des Hinterachsträger 19 und der Innenhülse 21 anvulkanisiert ist. Die Innenhülse 21 weist eine innere Durchtrittsöffnung 22 auf, die weitgehend radial spielfrei von einem zylindrischen Bereich eines bolzenförmigen Schraubenhalters 2 durchsetzt ist. Der Schraubenhalter 2 ist bis zum Anliegen einer axialen Stützfläche 23 an dem zugewandten Stirnbereich der Innenhülse 21 durch die Durchtrittsöffnung 22 hindurch gesteckt. Auf den aus der Durchtrittsöffnung 22 hervorstehenden zylindrischen Bereich des Schraubenhalters 2 ist radial weitgehend spielfrei das Bauteil 6 des Hinterachsgetriebes aufgesteckt und auf ein axial vorstehendes Gewinde 7 des Bolzenhalters 2 eine Mutter 5 aufgeschraubt, die zwischen sich oder einer zwischengelegten Unterlagscheibe oder Sicherungsscheibe und der Innenhülse 21 das Bauteil 6 axial fest klemmt. In dem von dem Lager 1 abgewandten Stirnbereich des Schraubenhalters 2 ist ein Gewinde 24 ausgebildet, in das ein Außengewinde 25 einer Schraube 4 eingeschraubt ist. Die Schraube 4 und der Schraubenhalter 2 sind in Achsrichtung hintereinander angeordnet und bilden einen im wesentlichen zweiteiligen Lagerbolzen, der seitlich von dem Lager 1 absteht. Die Schraube 4 weist ein radial erweitertes Kopfteil 9 auf, an dem eine von der Schraube 4 axial durchsetzte Stützscheibe 8 axial anliegt. Die Stützscheibe 8 ist zwischen dem Kopfteil 9 und einer auf den Schaft 3 der Schraube 4 aufgesteckten Distanzhülse 10 axial festgeklemmt, die sich über eine Unterlagscheibe 11 an der zugewandten Stirnseite des Schraubenhalters 2 axial abstützt. Die Schraube 4 kann über einen Inbusschlüssel gegenüber dem Schraubenhalter 2 festgezogen oder gelöst werden, der in eine axiale Innensechskantausnehmung 12 im Kopfteil 9 der Schraube 4 einsteckbar ist. Ebenso könnte die Schraube andere Kraftangriffsflächen aufweisen, über die unter Verwendung eines Werkzeugs ein entsprechendes Drehmoment an der Schraube bewirkt werden könnte. Nicht dargestellt sind Sicherungsmaßnahmen, die ein Lösen der festgezogenen Schraube 4 sowie der Mutter 5 verhindern. Der radial äußere Umfang der Stützscheibe 8 ist in ein Elastomer 13 eingebettet, das durch eine Verdickung einer Ummantelung 14 gebildet ist, die eine Schwingungsmasse 15 aus Metall allseitig umgibt. Die Verdickung des Elastomers 13 bildet einen elastischen Bereich, über den die Schwingungsmasse 15 mit der Stützscheibe 8 verbunden ist. Das Elastomer 13 ist einerseits an der Schwingungsmasse 15 und andererseits an der Stützscheibe 8 anvulkanisiert. Die Schraube 4 weist eine solche axiale Länge auf, dass die eine axiale Durchgangsöff nung 18 für die Schraube 4 aufweisende Schwingungsmasse 15 mit einem radialen Abstand im wesentlichen über dem Schaft 3 der Schraube 4 angeordnet ist.
Der durch die Schraube 4 und den Schraubenhalter 2 gebildete Lagerbolzen ist zumindest im Bereich der Schraube 4 um die gemeinsame Längsachse 16 zumindest etwas biegsam ausgebildet. Die Distanzhülse 10 ist ebenfalls um die Längsachse 16 zumindest etwas biegsam. Durch Schwingbewegungen des Bauteiles 6 angeregt kann die Schwingungsmasse 15 über das Elastomer 13 gegenüber der Stützscheibe 8 mechanische Schwingungen ausführen, die bei einer entsprechenden Abstimmung der Elastizitäten der Schraube 4 sowie der Distanzhülse 10 und der Verdickung des Elastomers 13 und der verwendeten Massen, insbesondere der Schwingungsmasse 15, den Schwingbewegungen des Bauteiles 6 entgegen wirken können. Da die Schraube 4 bzw. die Distanzhülse 10 elastisch biegsam sind, weist der durch den Lagerbolzen und die damit elastisch verbundene Schwingungsmasse 15 gebildete Schwingungstilger im wesentlichen zwei in 4 dargestellte Resonanzfrequenzen auf, in denen die Schwingungsmasse 15 den Schwingbewegungen des Bauteiles 6 entgegen wirken können. Die in das Lager 1 eingeleiteten dynamischen Kräfte sind dadurch vermindert und können sich entsprechend weniger als störender Körperschall bemerkbar machen oder über das Lager 1 auf andere Bauteile übertragen werden.
Die in den 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiele zwei und drei sind ähnlich wie das erste Ausführungsbeispiel gebildet. Zur Vermeidung einer wiederholten Beschreibung sind zwischen den Ausführungsbeispielen eins bis drei vergleichbare Bauteile mit einer gleichen Bezugszahl und teilweise zur besseren Unterscheidung mit einem hochgestellten Zeichen versehen. Die in den 2 und 3 dargestellten Bereiche 17', 17'' entsprechen dem in 1 durch einen unterbrochenen Kreis dargestellten Bereich 17.
Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß 2 ist der durch ein Elastomer 13' gebildete elastische Bereich zwischen der Stützscheibe 8' und der Schwingungsmasse 15' im Querschnitt radial wellenförmig ausgebildet, wobei der jeweils angrenzende Bereich der Stützscheibe 8' und der Schwingungsmasse 15' entsprechend wellenförmig ausgebildet sind. Durch die Wellenform ist das Elastomer 13' insbesondere in radialer Richtung unterschiedlich elastisch nachgiebig.
Das in 3 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel sieht einen durch ein Elastomer 13'' gebildeten elastischen Bereich zwischen der Stützscheibe 8'' und der Schwingungsmasse 15'' vor, der im Querschnitt keilförmig ausgebildet ist. Die jeweils an den keilförmigen Querschnitt des Elastomers 13'' angrenzenden Bereiche der Stützscheibe 8'' und der Schwingungsmasse 15'' sind jeweils an die zugewandte Außenfläche des keilförmigen Querschnitts angepasst.
In 4 ist der Frequenzgang des durch die Schraube 4 und den Schraubenhalter 2 gebildeten Lagerbolzens zusammen mit der Distanzhülse 10 und der über den elastischen Bereich 13 an der Stützscheibe 8 ab gestützten Schwingungsmasse 15 dargestellt, wobei das Lager 1 und das Bauteil 6 nicht berücksichtigt sind. Der Darstellung sind zwei ausgeprägte Resonanzfrequenzen entnehmbar, die durch eine entsprechende Wahl der Elastizitäten und der verwendeten Massen, insbesondere der Schwingungsmasse, bzw. den Längen und den Querschnitten insbesondere der Schraube 4 und der Distanzhülse 10 eine Abstimmung auf das Schwingungsverhalten des Bauteiles 6 ermöglicht. Dabei können im Bereich der Resonanzfrequenzen die auf das Lager 1 übertragenen dynamischen Kräfte durch Schwingungsüberlagerung insbesondere der Schwingungsmasse 15 bzw. 15' bzw. 15'' vermindert werden. Während die untere Resonanzfrequenz im wesentlichen durch die Schwingungsmasse 15 bzw. 15' bzw. 15'' und den elastischen Bereich 13 bzw. 13' bzw. 13'' bestimmt ist, ergibt sich die obere Resonanzfrequenz im wesentlichen durch die Schwingungsmasse 15 bzw. 15' bzw. 15'' und die biegeweiche Verschraubung über die Schraube 4 und die Distanzhülse 10. In der Distanzhülse 10 treten dabei keine Zugeigenspannungen auf. Die zur Befestigung des Schwingungstilgers benötigte Vorspannung ist über die Schraube 4 aufgebracht.
Der bei den Ausführungsbeispielen durch eine Schraube und einen Schraubenhalter gebildete Lagerbolzen kann auch auf andere Weise einteilig oder mehrteilig gebildet und mit einem beliebigen Teil des Lagers fest oder lösbar verbunden oder zu verbinden sein. Die Stützscheibe kann ein beliebiges Teil sein, das lösbar oder unlösbar mit dem Lagerbolzen bzw. einem Teil davon verbunden sein kann. Das den elasti schen Bereich bildende Elastomer kann ein beliebiger, zumindest teilweise elastischer Kunststoff oder ein Gummi sein. Das Material des den elastischen Bereich bildenden Elastomers kann von dem Material einer Ummantelung auf der Oberfläche der Schwingungsmasse abweichen, wobei die Ummantelung auch entfallen kann. Die Schwingungsmasse kann teilweise oder vollständig mit einer Ummantelung versehen sein, die vorzugsweise geräuschdämpfend wirkt. Der elastische Bereich kann neben den bei den Ausführungsbeispielen verwendeten Querschnittsformen eine beliebige Querschnittsform aufweisen, die nicht torusförmig um die Achse des Lagerbolzens bzw. eines Teiles davon verlaufen muss. Die Schwingungsmasse kann koaxial zum Lagerbolzen oder seitlich neben dem Lagerbolzen bzw. einem Teil davon angeordnet sein. Die Stützscheibe kann eine beliebige Form aufweisen und beispielsweise durch einen Steg oder einen Hebelarm gebildet sein. Das zur Lagerung vorgesehene Bauteil kann lösbar oder unlösbar mit dem Lagerbolzen bzw. einem Teil davon verbunden oder zu verbinden sein. Die bei den Ausführungsbeispielen verwendete Distanzhülse kann auch entfallen, beispielsweise wenn eine Distanzhülse zur axialen Fixierung der Stützscheibe nicht erforderlich ist.

Claims

Schwingungsdämpfende Lagerung eines Bauteiles, das mit einem Lagerbolzen verbunden oder verbindbar ist, der über ein radial elastisches Lager an einem Wandbereich abgestützt ist, mit einer Schwingungsmasse, die über wenigstens einen elastischen Bereich abgestützt ist und durch Schwingbewegungen des Bauteiles angeregt mechanische Schwingungen ausführen kann, die zumindest in einem Frequenzbereich den Schwingbewegungen des Bauteiles entgegen wirken, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (2, 4) axial von dem Lager (1) absteht und an dem vorstehenden Stirnbereich des Lagerbolzens (2, 4) eine Stützscheibe (8, 8', 8'') angeordnet ist, die über einen elastischen Bereich (13, 13', 13'') mit der Schwingungsmasse (15, 15', 15'') verbunden ist.
Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen (2, 4, 4', 4'') ein- oder mehrteilig ausgebildet ist und zumindest bereichsweise um seine Längsachse (16) biegsam ausgebildet oder angeordnet ist.
Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützscheibe (8, 8', 8'') auf einem zylindrischen Umfangsbereich des Lagerbolzens (2, 4, 4', 4'') angeordnet und zwischen einem radial erweiterten Kopfteil (9) des Lagerbolzens (2, 4, 4', 4'') und einer vom Lagerbolzen (2, 4, 4', 4'') zumindest bereichsweise durchsetzten Hülse (10) oder einem dazwischen angeordneten Distanzteil axial eingeklemmt ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Bereich (13, 13', 13'') ein zumindest an eine radial äußere stirnseitige Umfangsfläche der Stützscheibe (8, 8', 8'') und an die Schwingungsmasse (15, 15', 15'') anvulkanisiertes Elastomer ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Bereich (13, 13', 13'') durch eine Verdickung einer die Schwingungsmasse (15, 15', 15'') zumindest teilweise umgebenden Ummantelungsschicht (14) aus einem Elastomer gebildet ist.
Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verdickung (13, 13', 13'') zumindest einen radial äußeren Bereich der Stützscheibe (8, 8', 8'') umgreift.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Bereich (13') zwischen der Stützscheibe (8') und der Schwingungsmasse (15') im Querschnitt radial wellenförmig verläuft und die an den elastischen Bereich (13') angrenzenden Bereiche der Stützscheibe (8') und der Schwingungsmasse (15') an die Wellenform des elastischen Bereiches (13') angepasst sind.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Bereich (13'') zwischen der Stützscheibe (8'') und der Schwingungsmasse (15'') im Querschnitt keilförmig verläuft und die an den keilförmigen Querschnitt angrenzenden Bereiche der Stützscheibe (8'') und der Schwingungsmasse (15'') an die Keilform des elastischen Bereiches (13'') angepasst sind.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen durch eine Schraube (4, 4', 4'') und einen bolzenförmigen Schraubenhalter (2) mit einem stirnseitigen Gewinde gebildet ist, in das die Schraube (4, 4', 4'') axial einschraubbar ist und zumindest ein Bereich der Schraube (4, 4', 4'') und/oder des Schraubenhalters und gegebenenfalls der Distanzhülse (10, 10', 10'') um die Längsachse der Schraube (4, 4', 4'') bzw. des Schraubenhalters zumindest etwas biegsam ist.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerbolzen bzw. die Schraube (4, 4', 4'') eine solche Länge aufweist, dass sich die entweder von dem Lagerbolzen bzw. der Schraube (4, 4', 4'') mit einem radialen Abstand axial durchsetzte oder seitlich neben dem Lagerbolzen bzw. der Schraube angeordnete Schwingungsmasse (15, 15', 15'') im wesentlichen über oder neben dem Schaft (3) des Lagerbolzens bzw. der Schraube (4, 4', 4'') befindet.
Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hinterachsgetriebe eines Kraftfahrzeugs das Bauteil (6) bildet und das Hinterachsgetriebe über mehrere Lager (1) an einem Hinterachsträger (19) elastisch abgestützt ist, der seinerseits über mehrere elastische Stützlager am Boden der Karosserie des Kraftfahrzeugs elastisch befestigt ist.