DE102005019323B3 - Schwingungstilger zum Anbringen an einem Kraftfahrzeugsitz - Google Patents

Schwingungstilger zum Anbringen an einem Kraftfahrzeugsitz Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger (10), insbesondere zum Anbringen an einem Kraftfahrzeugsitz, mit einem Trägerrahmen (12), einer Schwingmasse (26) und einer Federanordnung (18, 20), wobei der Trägerrahmen (12) und die Schwingmasse (26) über die Federanordnung (18, 20) miteinander gekoppelt sind. Bei diesem Schwingungstilger (10) ist vorgesehen, dass die Federanordnung (18, 20) wenigstens ein elastisches Verbindungselement (18, 20) aufweist, das integral an dem Trägerrahmen (12) und an der Schwingmasse (26) angeformt ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schwingungstilger zum Anbringen an einem Kraftfahrzeugsitz, mit einem einstückig ausgebildeten Trägerrahmen, einer Schwingmasse und einer Federanordnung, wobei der Trägerrahmen und die Schwingmasse über die Federanordnung miteinander gekoppelt sind und die Federanordnung wenigstens zwei elastische Verbindungselemente aufweist, die jeweils einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Strebenkörper umfassen.
  • Es ist allgemein bekannt, dass in Kraftfahrzeugen durch Fahrbewegungen sowie äußere Einflüsse, wie Fahrbahnunebenheiten oder anderweitige periodische oder stoßartige Belastungen, Schwingungen auftreten können. Diese Schwingungen werden von der Karosserie des Fahrzeugs an verschiedene Fahrzeugkomponenten weitergeleitet und wirken unter anderem auch auf die Fahrzeuginsassen ein. Derartige Schwingungen können einerseits zu unerwünschten Geräuschen innerhalb des Kraftfahrzeugs führen, andererseits auch ohne Geräuschbelastung den Komfort eines Kraftfahrzeugs deutlich beeinträchtigen. Es wird daher in der Automobilindustrie bereits bei der Konstruktion von Kraftfahrzeugen versucht, dem Auftreten von Schwingungen entgegen zu wirken oder diese nach Entstehung zu unterdrücken. Hierzu gibt es verschiedene Ansätze. Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht darin, die einzelnen Fahrzeugkomponenten mit hoher Steifigkeit und hohem Trägheitsmoment zu versehen, um deren Schwingungsanfälligkeit zu reduzieren. Dies läuft allerdings dem allgemeinen Bestreben nach einer Leichtbauweise entgegen, die zu Gewichtseinsparungen und damit auch zu geringeren Verbrauchswerten des Kraftfahrzeugs führt. Eine Alternative zur Umgehung der Massivbauweise besteht darin, an in Leichtbauweise ausgeführten Komponenten auftretende Schwingungen weitreichend zu dämpfen. Zu diesem Zweck werden in der Kraftfahrzeugtechnik Schwingungstilger eingesetzt. Diese Schwingungstilger werden an schwingungsanfälligen Komponenten des Kraftfahrzeugs angebracht und durch die schwingende Kraftfahrzeugkomponente zur einer Eigenschwingung angeregt. Die Eigenschwingung erfolgt in der Regel gegenphasig zu der unerwünschten Schwingung der Kraftfahrzeugkomponente, was letztendlich zu einer Reduzierung der Schwingung führt. Man spricht auch von einer Schwingungstilgung.
  • Es hat sich gezeigt, dass auch in Kraftfahrzeugsitzen derartige Schwingungen auftreten und zu unterdrücken sind. In jüngster Zeitwerden insbesondere in hochwertig ausgestatteten Kraftfahrzeugen an den Rücklehnen von Kraftfahrzeugsitzen Entertainmentsysteme angebracht, wie beispielsweise Flachbildschirme für ein DVD- oder Fernsehsystem, so dass die dahinter sitzenden Insassen diese betrachten können. Gerade bei derartigen Ausführungen des Kraftfahrzeugs ist es aber erforderlich, durch die im Kraftfahrzeug auftretenden Vibrationen verursachte Schwingungen der Sitzlehne zu unterdrücken, um einerseits die auf die Bildschirme einwirkenden mechanischen Belastungen zu Erhöhung ihrer Lebensdauer zu reduzieren und andererseits den Betrachtungskomfort durch Vermeidung einer "Zitterbewegung" zu erhöhen.
  • Schwingungstilger zur Integration in Kraftfahrzeugsitzen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt. So zeigt beispielsweise das Dokument DE 103 27 711 A1 einen Schwingungstilger der eingangs bezeichneten Art zur Anordnung in einem Kraftfahrzeugsitz. Bei diesem Schwingungstilger ist eine Rahmenstruktur vorgesehen, die über eine Bügelanordnung mit einem Lehnenrahmen des Kraftfahrzeugsitzes koppelbar ist. Innerhalb der Rahmenstruktur ist eine Schwingmasse angeordnet, die über eine Federanordnung mit der Rahmenstruktur verbunden ist. Die Schwingmasse ist länglich ausgebildet und an ihren Enden mit einer Aushölung versehen. Die Aushölung nimmt aufwendig gestaltete Federelemente auf. Die Federelemente sind aus Elastomermaterial hergestellt und werden einenends in Kunststoffringe einvulkanisiert, anderenends mit einem Befestigungsbolzen durch Vulkanisieren verbunden. Die Kunststoffringe werden sodann in die Aushölung der Schwingmasse eingepresst. Das mit dem Bolzen versehene Ende der Federelemente wird danach in die Trägerstruktur des Schwingungstilgers eingesetzt. Aufgrund des verhältnismäßig aufwendigen Aufbaus dieses Schwingungstilgers ist eine Vielzahl von Montageschritten erforderlich, um diesen letztendlich für den Anbau an einem Lehnenrahmen vorzubereiten. Darüber hinaus unterliegt dieser Schwingungstilger dem Problem einer hohen Versagensanfälligkeit, da aufgrund der Vielzahl der mechanischen Verbindungen, beispielsweise der bei der Montage herzustellenden Verbindung zwischen Schwingmasse und Rahmenstruktur, die Wahrscheinlichkeit relativ hoch ist, dass sich wegen der auftretenden Schwingungen zwei Komponenten zueinander verlagern und somit die Funktionsweise des Schwingungstilgers beeinträchtigt oder grundsätzlich gestört wird.
  • Ein ähnlicher Schwingungstilger ist aus dem Dokument DE 103 27 770 A1 bekannt. Auch dieser Schwingungstilger unterliegt dem Problem, dass er aus einer Vielzahl von Teilen besteht, die eine relativ aufwendige und damit kostenintensive Montage erfordern und ferner die Versagensanfälligkeit erhöhen.
  • Das Dokument DE 698 12 222 T2 offenbart einen Schwingungstilger, der eine Schwingungsmasse aufweist, die über ein elastisches Deckelement mit zwei Trägerlaschen verbunden wird. Diese Laschen werden einzeln an einem Sockel befestigt.
  • Das Dokument JP 02089833 offenbart einen Schwingungstilger und ein Verfahren zu seiner Herstellung. Dabei wird eine Masse mit einem Harz überzogen und an zwei Endflächen an separate Trägerelemente vulkanisiert.
  • Das Dokument DE 44 12 879 A1 offenbart eine Lageranordnung, die ein Gummilager umfasst. Dieses Gummilager wird durch Stützkörper gebildet, die durch einen elastischen Federkörper abgestützt werden. Mindestens einer dieser Stützkörper wird mit einem separaten Befestigungsflansch verbunden, der mit mindestens einer Trägheitsmasse und einem weiteren Federkörper verbunden ist.
  • Zum weiteren Stand der Technik wird auf das Dokument DE 199 08 916 A1 verwiesen.
  • Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schwingungstilger der eingangs bezeichneten Art bereitzustellen, der bei einfacher und kostengünstiger Herstellung eine hohe Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer bei hohem Schwingungstilgungsvermögen bietet.
  • Diese Aufgabe wird durch einen Schwingungstilger der eingangs bezeichneten Art gelöst, wobei die Federanordnung wenigstens zwei elastische Verbindungselemente aufweist, die integral an dem einstückig ausgebildeten Trägerrahmen und an der Schwingmasse angeformt ist. Statt einer vielteiligen Ausbildung des Schwingungstilgers und anschließender Montage sieht die Erfindung vor, dass der Schwingungstilger zwar aus den drei Einzelkomponenten – Trägerrahmen, Schwingmasse und Federanordnung – hergestellt ist, dass jedoch diese drei Einzelkomponenten quasi integral miteinander verbunden sind, so dass sich bei der späteren Montage, beispielsweise an einem Lehnenrahmen eines Kraftfahrzeugsitzes, der Schwingungstilger als ein Bauteil verbauen lässt und dass es auch im späteren Betrieb aufgrund der integralen Ausbildung des Schwingungstilgers zu keiner unerwünschten Verlagerung einzelner Komponenten aufgrund der einwirkenden mechanischen Belastungen kommen kann. Durch die integrale Ausbildung des Schwingungstilgers lässt sich der Montageaufwand gegenüber dem Stand der Technik erheblich reduzieren und die Zuverlässigkeit signifikant erhöhen.
  • Dabei ist vorgesehen, dass ein elastisches Verbindungselement einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Strebenkörper umfasst. Die Ausbildung als kreiszylindrischer Strebenkörper hat den Vorteil, dass die Verbindungselemente im Wesentlichen gleiches Schwingungsverhalten in allen Schwingungsrichtungen aufweisen, die in einer zur Zylinderlängsachse orthogonalen Ebene verlaufen. Den einzelnen Verbindungselementen können auch anderweitige Geometrien verliehen werden, beispielsweise derart, um Schwingungen in bestimmte Richtungen zu fördern, in andere Richtungen hingegen zu unterdrücken.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elastische Verbindungselement aus einem Elastomermaterial, vorzugsweise aus NR-Kautschuk, hergestellt und jeweils an dem Trägerrahmen und an der Schwingmasse anvulkanisiert ist. Es versteht sich, dass das Verbindungselement auch aus anderen Elastomermaterialien, als aus Naturkautschuk (englisch natural rubber; NR-Kautschuk) hergestellt sein kann. Durch das Anvulkanisieren der Verbindungselemente an dem Trägerrahmen und der Schwingmasse ergibt sich die vorteilhafte Ausgestaltung des Schwingungstilgers als integrales Bauteil, welches sich trotz der im Betrieb auftretenden mechanischen Belastungen, insbesondere Schwingungsbelastungen, nicht unerwünscht verformt. Ferner ergibt sich eine erheblich vereinfachte Herstellung des Schwingungstilgers. Der Trägerrahmen und die Schwingmasse werden dabei beispielsweise in eine vorgefertigte Form eingelegt, sodann wird durch ein Injektionsverfahren das Elastomermaterial in die Form eingespritzt und an den Trägerrahmen und die Schwingmasse anvulkanisiert. Dabei bilden sich auch die elastischen Verbindungselemente der Federanordnung aus.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass die Schwingmasse über zwei elastische Verbindungselemente mit dem Trägerelement verbunden ist. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Verbindungselemente an zueinander entgegengesetzten Seiten angeordnet sind. Alternativ können auch mehr als zwei elastische Verbindungselemente vorgesehen sein.
  • Es hat sich gezeigt, dass insbesondere Schwingungen mit sehr niedrigen Frequenzen schwer zu tilgen sind. Der erfindungsgemäße Schwingungstilger wurde speziell für diesen Anwendungsfall konzipiert. So ist für den erfindungsgemäßen Schwingungstilger vorgesehen, dass er eine Eigenfrequenz im Bereich von 6 bis 18 Hz, vorzugsweise von etwa 9 bis 14 Hz, besitzt. Darüber hinaus gilt für den erfindungsgemäßen Schwingungstilger vorzugsweise, dass die Schwingmasse bei einer Anregungsampli tude von größer oder gleich 0,2 mm eine Schwingmassenamplitude von 0 bis 5mm hervorruft.
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Trägerrahmen C-bogenförmig ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass das Trägerelement in Leichtbauweise ausgeführt werden kann. Selbstverständlich ist es aber auch möglich, massivere Trägerelemente mit geschlossenem Profil zu verwenden. Bei einer Weiterbildung des C-bogenförmig ausgebildeten Trägerelements ist vorgesehen, dass der Trägerrahmen im Bereich seiner freien Enden jeweils über wenigstens ein Verbindungselement mit der Schwingmasse gekoppelt ist. Eine besonders kostengünstige und dennoch hinreichend stabile Ausgestaltung des Trägerelements ist beispielsweise dann vorgesehen, wenn der Trägerrahmen oder/und die Schwingmasse aus einem Blechmaterial hergestellt ist.
  • Um die Zuverlässigkeit der Vulkanisierverbindung zwischen Trägerelement zu erhöhen sieht eine Weiterbildung der Erfindung vor, dass das Trägerelement vorbehan delt ist, so dass ein integrales Anformen der Verbindungselemente durch Vulkanisieren erleichtert ist.
  • Ferner kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Schwingmasse einen Metallkörper, vorzugsweise aus einem Gussmaterial, umfasst. Dies hat den Vorteil, dass die Schwingmasse in ihrer Geometrie beliebig ausgebildet und an den jeweiligen Einsatzfall angepasst werden kann.
  • Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Metallkörper zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung, vorzugsweise aus Elastomermaterial, versehen ist. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Beschichtung beim Anvulkanisieren der Verbindungselemente hergestellt wird. Wie vorstehend bereits geschildert, kann der erfindungsgemäße Schwingungstilger dadurch hergestellt werden, dass der Trägerrahmen und die Schwingmasse in eine Form eingelegt werden, in die dann das Elastomermaterial durch ein Injektionsverfahren eingespritzt wird. Vorteilhafterweise ist dabei die Form derart ausgebildet, dass sich beim Einspritzen des Elastomermaterials um den Metallkörper der Schwingmasse herum eine Haut aus Elastomermaterial, beispielsweise von etwa 1 mm Wandstärke, ausbildet. Dies hat zur Folge, dass der Metallkörper der Schwingmasse von einer dämpfenden Beschichtung umgeben ist, so dass bei extremer Auslenkung der Schwingmasse, bei der diese in Kontakt mit umliegenden Bauteilen, beispielsweise mit dem Trägerrahmen, gelangt, das Anschlagen gedämpft wird und keine lauten Schlaggeräusche auftreten können.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren beispielhaft erläutert. Es stellen dar:
  • 1 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers;
  • 2 eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie II-II aus 1;
  • 3 eine perspektivische Rückansicht des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers;
  • 4 eine perspektivische Vorderansicht des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers gemäß 1 und
  • 5 eine Einbausituation zweier erfindungsgemäßer Schwingungstilger an einem Lehnenrahmen eines Kraftfahrzeugssitzes.
  • In 1 ist ein erfindungsgemäßer Schwingungstilger in Vorderansicht dargestellt und allgemein mit 10 bezeichnet. Der erfindungsgemäße Schwingungstilger umfasst einen Trägerrahmen 12, der aus einem C-förmig geformten Blechmaterial hergestellt ist. Im Bereich seiner freien Enden 14 und 16 sind an dem Trägerrahmen 12 Verbin dungselemente 18 und 20 aus Elastomermaterial anvulkanisiert. Hierzu erkennt man größerflächige Elastomerabschnitte 22 und 24 an den Innenflächen des Trägerrahmens 12. Die Verbindungselemente 18 und 20 sind im Wesentlichen kreiszylindrisch ausgebildet und gehen unter Vermeidung von scharfen Kanten fließend in die Elastomerabschnitte 22 und 24 über. An den inneren Enden der Verbindungselemente 18 und 20 ist eine Schwingmasse 26 angeformt. Im Einzelnen wird hierzu auf die Schnittdarstellung gemäß 2 verwiesen. Die Schwingmasse 26 ist ein Körper aus Graugussmaterial, der im Wesentlichen vollständig von einer Elastomerhaut 28 umgeben ist. Die Elastomerhaut 28 geht fließend in die Verbindungselemente 18 und 20 über und ist ebenfalls auf die Schwingmasse 26 aufvulkanisiert. Sämtliche Übergänge, insbesondere von der Elastomerhaut 28 in die Verbindungselemente 18 und 20 sind harmonisch ausgebildet. Die Geometrie der Schwingmasse 26 ist an die jeweilige Einbausituation im Fahrzeugsitz angepasst.
  • 3 und 4 zeigen verschiedene perspektivische Ansichten des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers 10. Man erkennt in 3 und 4, dass am oberen freien Ende 14 des Trägerrahmens 12 jeweils Ausnehmungen 30 und 32 vorgesehen sind, die eine Befestigung des Schwingungstilgers an einem Lehnenrahmen ermöglichen. Eine derartige Einbausituation erkennt man beispielsweise in 5, wobei zueinander seitenverkehrt ausgebildete Schwingungstilger 10 und 10' an einem Lehnennahmen 36 für eine Rücklehne eines Kraftfahrzeugssitzes befestigt sind. Man erkennt auch, dass die Geometrie der Schwingmasse 26 auf die Einbausituation abgestimmt ist. Die Befestigung der beiden Trägerrahmen 12 und 12' erfolgt über die in 1, 3 und 4 gezeigten Ausnehmungen 30 und 32, vermittels geeigneter Bolzen.
  • Im Betrieb treten an dem Lehnenrahmen 36 insbesondere Schwingungen in Querrichtung Q sowie in Längsrichtung L auf. Derartige Schwingungen besitzen insbesondere relativ niedrige Frequenzen, beispielsweise im Bereich von kleiner als 20 Hz, und Anregungsamplituden im Bereich von 0,2 mm bis 1 mm. Diese Schwingungen werden über den Trägerrahmen 12 und die Verbindungselemente 18 und 20 auf die Schwingmasse 26 übertragen. Die Schwingmasse 26 wird dadurch zu einer gegenphasigen Schwingbewegung angeregt, und zwar sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung, wobei die elastischen Verbindungselemente 18 und 20 federnd nachgeben. Sie werden dabei einer Parallelschubbelastung ausgesetzt. Durch die gegenphasige Schwingbewegung der Schwingmasse 26 werden die am Lehnenrahmen 36 auftretenden Schwingungen getilgt. Der Fahrzeugsitz wird somit in seiner Eigenfrequenz beruhigt und schwingt somit deutlich weniger intensiv. Ferner werden die mit der Sitzlehne verbundenen Komponenten, beispielsweise Bildschirme eines Fahrzeug-Entertainment-Systems weniger starken Schwingungsbe-lastungen ausgesetzt. Dadurch kann deren Lebensdauer deutlich erhöht werden. Darüber hinaus kommt es zu keiner unerfreulichen Zitterbewegung der Bildschirme bei der Betrachtung des Entertainment-Programms.
  • Die wesentlichen Vorteile des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers 10 liegen darin, dass dieser sehr niedrige Eigenfrequenzen aufweist, beispielsweise im Bereich von 6 bis 18 Hz, vorzugsweise im Bereich von 9 bis 14 Hz. Darüber hinaus kann die Schwingmasse 26 des Schwingungstilgers 10 gemäß der Erfindung verhältnismäßig große Amplituden während der Schwingungsbewegung zurücklegen, beispielsweise im Bereich von 0 bis 5 mm, was zu einer besonders effektiven Schwingungstilgung führt. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung liegt darin, dass durch den Gummiüberzug der Schwingmasse 26 bei extremen Schwingungsbewegungen, bei denen die Schwingmasse 26 beispielsweise an dem Trägerrahmen 12 anschlägt, keine unerwünschten Geräusche auftreten können. Insgesamt lässt sich mit der Erfindung ein einfach herstellbarer Schwingungstilger mit hohem Schwingungstilgungswirkungsgrad und langer Lebensdauer bereitstellen.

Claims (13)

  1. Schwingungstilger (10) zum Anbringen an einem Kraftfahrzeugsitz mit: – einem Trägerrahmen (12), – einer Schwingmasse (26) und – einer Federanordnung (18, 20), wobei der Trägerrahmen (12) und die Schwingmasse (26) über die Federanordnung (18, 20) miteinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (12) einstückig zum Anbringen an dem Kraftfahrzeugsitz ausgebildet ist und dass die Federanordnung wenigstens zwei elastische Verbindungselemente (18, 20) aufweist, die integral an dem Trägerrahmen (12) und an der Schwingmasse (26) angeformt sind und dass das elastische Verbindungselement (18, 20) einen im Wesentlichen kreiszylindrischen Strebenkörper umfasst.
  2. Schwingungstilger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elastische Verbindungselement (18, 20) aus einem Elastomermaterial, vorzugsweise aus NR-Kautschuk, hergestellt und jeweils an dem Trägerrahmen (12) und an der Schwingmasse (26) anvulkanisiert ist.
  3. Schwingungstilger (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingmasse (26) über wenigstens zwei elastische Verbindungselemente (18, 20) mit dem Trägerrahmen (12) verbunden ist.
  4. Schwingungstilger (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungselemente (18, 20) an zueinander entgegengesetzten Seiten der Schwingmasse (26) angeordnet sind.
  5. Schwingungstilger (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger eine Eigenfrequenz im Bereich von 6 bis 18 Hz, vorzugsweise von etwa 9 bis 14 Hz, besitzt.
  6. Schwingungstilger (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingmasse (26) bei einer Anregungsamplitude von größer oder gleich 0,2mm eine Schwingmassenamplitude von 0 bis 5mm gewährleistet.
  7. Schwingungstilger (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (12) C-bogenförmig ausgebildet ist.
  8. Schwingungstilger (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (12) im Bereich seiner freien Enden (14, 16) jeweils über wenigstens ein Verbindungselement (18, 20) mit der Schwingmasse (26) gekoppelt ist.
  9. Schwingungstilger (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (12) oder/und die Schwingmasse (26) aus einem Blechmaterial hergestellt ist.
  10. Schwingungstilger (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Trägerrahmen (12) vorbehandelt ist, so dass ein integrales Anformen der Verbindungselemente (18, 20) durch Vulkanisieren erleichtert ist.
  11. Schwingungstilger (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingmasse (26) einen Metallkörper, vorzugsweise aus einem Gussmaterial, umfasst.
  12. Schwingungstilger (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallkörper zumindest bereichsweise mit einer Beschichtung, vorzugsweise aus Elastomermaterial (28), versehen ist.
  13. Schwingungstilger (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (28) beim Anvulkanisieren der Verbindungselemente (18, 20) hergestellt ist.
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