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Die
Erfindung betrifft eine Lagerungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
102 53 767 A1 ist eine Lagerungsvorrichtung bekannt, durch
die eine Abkopplung von Schwingungen eines Aggregates von einem
Fahrzeugaufbau ermöglicht
ist. Neben der Abkopplung über
ein Gummielement ist zwischen dem Aggregat und einem in dem Gummielement
gelagerten Zapfen eine biegeweiche Feder angeordnet.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, eine
alternative Lösung
zur Verminderung der in das Gummielement eingeleiteten Aggregateschwingungen
zur Verfügung
zu stellen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Lagerungsvorrichtung mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
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Die
erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung
zeichnet sich durch einen in unmittelbar benachbarter Lage des Gummielementes
an einem aufbaufesten Lagerteil angeordneten, ein stabförmiges Element
umfassenden Schwingungstilger aus. Schwingungen werden ausgehend
von dem Aggregat auf ein aggregatefestes Lagerteil und weiter über ein elastisches
Element auf ein aufbaufestes Lagerteil übertragen. Bezogen auf die
Schwingungsübertragungsrichtung
ist das stabförmige
Element vor dem elastischen Element angeordnet. Ein oder mehrere stabförmige Elemente
sind quer zur Schwingungsrichtung der zu tilgenden Schwingung anzuordnen. Schwingungen
in Frequenzbereichen, die über
das elastische Element nicht ausreichend vom aufbaufesten Lagerteil
iso lierbar sind, werden durch ein oder mehrere stabförmige Elemente
aggregateseitig vermindert bzw. getilgt. In diesen Frequenzbereichen werden
die stabförmigen
Elemente, die als einseitig eingespannte Stäbe angeordnet sind, zum Schwingen
angeregt. Die stabförmigen
Elemente sind senkrecht zu dem beispielsweise als Zapfen ausgeführten aggregatefesten
Lagerteil anordenbar. In vorteilhafter Weise sind mit einem am aggregatefesten
Lagerteil angeordneten stabförmigen
Element die aggregateseitigen Schwingungsamplituden in mehreren Ebenen
verminderbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das stabförmige Element
zur Tilgung von Schwingungen in Richtung Fahrzeuglängs- und Querachse in vertikaler
Lage angeordnet. Eine Ausrichtung des stabförmigen Elementes in vertikaler
Lage entspricht einer Ausrichtung der Längsachse des stabförmigen Elementes
in Richtung Hochachse des Fahrzeuges. Die Anordnung ermöglicht die
gezielte Tilgung von Schwingungen in Fahrzeugquer- und Längsrichtung in
einem Frequenzbereich, in dem keine oder nur eine unzureichende
Schwingungsisolation durch das Gummielement möglich ist.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das stabförmige Element
zur Tilgung von Schwingen in Richtung Fahrzeughoch- und Querachse
in horizontaler Lage angeordnet. Bei einer horizontalen Ausrichtung
ist die Längsachse
des stabförmigen Elements
in Fahrzeuglängsrichtung,
d.h. parallel zur Fahrzeuglängsachse
angeordnet. Die Anordnung ermöglicht
die gezielte Tilgung von Schwingungen in Fahrzeughochachs- und Längsrichtung
in einem Frequenzbereich, in dem keine oder eine unzureichende Schwingungsisolation
des Gummielementes stattfindet. Selbstverständlich ist auch ein Schwingungstilger
mit horizontal und vertikal angeordneten stabförmigen Elementen zur Tilgung
von Schwingungen in Fahrzeughochachs-, Fahrzeugquer und Fahrzeuglängsrichtung
einsetzbar.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung erstrecken sich stabförmige Elemente
beidseits des aggregatefesten Lagerteils in vertikaler und/oder
horizontaler Richtung. Die stabförmigen
Elemente erstrecken sich damit als einseitig eingespannte Stäbe beidseits
der Einspannstelle. Die Einspannstelle ist durch die Verbindung
der stabförmigen
Elemente mit dem beispielsweise als Zapfen ausgeführten aggregatefesten
Lagerelement definiert. Durch beidseitige Anordnung der stabförmigen Elemente
ist gegenüber einer
einseitigen Anordnung die Masse des Schwingungstilger verdoppelt
und die Tilgerwirkung erhöht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung stimmt die erste Eigenfrequenz
des stabförmigen Elementes
mit der Frequenz der zu tilgenden Schwingung überein. Bei einem einseitig
eingespannten Stabelement ist der Stab durch geometrische Gestaltung
so auszulegen, dass der freischwingende Bereich beim Auftreten der
zu tilgenden Frequenz zu schwingen beginnt und die Schwingungsamplitude
an dem aggregatefesten Lagerbauteil reduziert. Dies ist insbesondere
für Schwingungen
in einem Frequenzbereich wichtig, die durch unzureichende Isolation über das
elastische Element an den Fahrzeugaufbau weitergeleitet werden.
Weiter hat die Admittanz, d.h. der Quotient aus Systemschnelle der
Schwingung und der erregten Wechselkraft am stabförmigen Element,
an der Einspannstelle in Tilgungrichtung für die zu tilgende Frequenz
den Status einer Nachgiebigkeit. Die Admittanz ist beipielsweise durch
Gestaltung der Einspannstelle beeinflussbar. Der der Schwingung
entgegengesetzte Widerstand ist damit klein und die Schwingung überträgt sich durch
geringe Reflektionen an der Einspannstelle nahezu verlustfrei auf
das stabförmige
Element.
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Weitere
Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung
und den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung
sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen
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1 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen, schwingungstilgenden Lagerungsvorrichtung,
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2 eine
Darstellung der Wirkungsweise der schwingungstilgenden Lagerungsvorrichtung,
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3 eine
Ausführungsform
des stabförmigen
Elementes der schwingungstilgenden Lagerungsvorrichtung,
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4 eine
weitere Ausführungsform
des Schwingungstilgers aus 3,
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5 eine
weitere Ausführungsform
des Schwingungstilgers aus 3 und
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6 eine
weitere Ausführungsform
des Schwingungstilgers aus 3.
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Gleiche
und gleichwirkende Bauteile in den 1 bis 6 sind
im Folgenden mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In 1 ist
schematisch eine in einem Fahrzeug angeordnete erfindungsgemäße Lagerungsvorrichtung 8 dargestellt.
Ein als Hinterachsgetriebe ausgeführtes Fahrzeugaggregat 1 ist über eine schwingungstilgende
Lagerungsvorrichtung 8 am Fahrzeugaufbau 2 elastisch
gelagert. Überlicher
Weise ist ein derartiges Aggregat in drei, entsprechend den zwei
dargestellten Lagerungsvorrichtungen 8 gelagert. Die Lagerungsvorrichtung 8 umfasst
ein mit dem Hinterachsgetriebe 1 fest verbundenes, zapfenförmiges erstes
Lagerteil 6, das in eine Ausnehmung eines als Gummielement
ausgeführten,
elastischen Elements 5 eingreift. Ein zweites aufbaufestes
Lagerteil 3 weist eine zylindrische Bohrung 4 auf,
in der das Gummielement 5 eingepresst ist, so dass das
Hinterachsgetriebe 1 gegenüber dem Aufbau 2 elastisch gelagert
ist. Das Ende des Zapfens 6 überragt dabei geringfügig die
Kontur des Gummielementes 5.
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Am
Ende des Lagerzapfens 6 ist ein als stabförmiges Element 9a ausgeführter Schwingungstilger 7 angeordnet.
Das stabförmige
Element 9a des Schwingungstilgers 7 ist vertikal
ausgerichtet, d.h. die Längsachse
des Elementes 9a verläuft
parallel zur Fahrzeughochachse z. Das stabförmige Element 9a ist
an dem Lagerzapfen 6 beispielsweise angeschweißt oder
angeschraubt. Das stabförmige
Element 9a erstreckt sich unterhalb des Lagerzapfens 6. Dies
ist jedoch nur eine beispielhafte Ausführungsform, die der aus 3 entspricht,
selbstverständlich kann
sich ein weiteres stabförmiges
Element 9c entsprechend 4 auch oberhalb
des aggregatefesten Lagerteils 6 erstrecken.
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Das
stabförmige
Element 9a des Schwingungstilgers 7 weist einen
beliebigen Querschnitt auf, beispielsweise ist das stabförmige Element 9a als
Vierkant- oder Rundprofile ausgeführt. Vorzugsweise ist das stabförmige Element 9a aus
einem metallischen Werkstoff wie beispielsweise Stahl hergestellt.
Die Anordnung des stabförmigen
stabförmigen Elementes 9a an
dem aggregatefesten Lagerteil 6 in Schwingungsübertragungsrichtung
unmittelbar vor dem Gummielement 5 ermöglicht eine frequenzselektive
Tilgung von an das Gummielement 5 übertragenen Schwingungen in
Fahrzeuglängs-
und Fahrzeugquerrichtung x, y.
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Der
Schwingungstilger 7 arbeitet nach dem Prinzip des einseitig
eingespannten Stabes. Die geometrische Dimensionierung des stabförmigen Elementes 9a des
Schwingungstilgers 7 d.h. die Stablänge und/oder der Stabquerschnitt
ist dabei so gewählt,
dass die erste Eigenfrequenz des Stabes mit der zu tilgenden Frequenz
des übereinstimmt.
Um eine hohe Transmissionsrate der Schwingungen zu erhalten, ist
ein niedriger Admittanzunterschied zwischen zapfenförmigen Lagerteil 6 und
dem stabförmigen
Element 9a anzustreben. Die Admittanz, d.h. das Verhältnis der
Schnelle zur erregten Kraft des stabförmigen Elementes 9a,
hat an der Einspannstelle in Tilgungsrichtung den Status einer Nachgiebigkeit,
d.h. die Schwingung überträgt sich
mit geringem oder ohne Widerstand auf das stabförmige Element 9a.
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In 2 ist
die Wirkungsweise einer erfindungsgemäßen Lagerungsvorrichtung 8 am
Beispiel des Hinterachsgetriebes 1 dargestellt. Das Hinterachsgetriebe 1 ist
dabei über
drei der vorangehenden Beschreibung entsprechenden Lagerungsvorrichtungen 8 mit
Schwingungstilger 7 (Linien 11a, 11b)
und ohne Schwingungstilger 7 (Linien 10a, 10b)
gemäß 1 gelagert.
Die eingesetzten stabförmigen Schwingungstilger 7 weisen
einen Rechteckquerschnitt von 20 mm·20 mm und eine Länge von
ca. 150 mm auf.
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Die
Linien 10a und 10b zeigen den gemessenen Schallpegel
fahrer- und beifahrerseitig in Abhängigkeit der Drehzahl der Eingangswelle
des Hinterachsgetriebes 1. Heulgeräusche des Hinterachsgetriebes 1 im
Frequenzbereich von 700 Hz bis 900 Hz werden dabei fahrer- und beifahrerseitig
als besonders störend
wahrgenommen, siehe Bereich 14. Diese Geräusche sind
durch die 2. Ordnung des Zahneingriffs im Hinterachsgetriebe 1 verursacht.
In diesem Frequenzbereich 14 ist eine ausreichende Schwingungsisolation
durch das Gummielement 5 nicht gegeben, da die Eigenfrequenz
des Gummielementes 5 mit der erregenden Frequenz des Hinterachsgetriebes 1 übereinstimmt.
Ein auf diesen Bereich abgestimmte, als stabförmige Elemente 9a ausgeführte Schwingungstilger
reduzieren die Amplitude der erregenden Schwingung, dadurch ist
in vorteilhafter Weise der Schallpegel im Fahrgastraum um bis zu
ca. 10 dB vermindert, siehe Pfeil 15. Die fahrer- und beifahrerseitigen
Schallpegel 11a und 11b sind dadurch gegenüber dem
Gesamtschallpegel im Fahrzeug nicht mehr auffällig.
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Die
in 3 und 4 gezeigten stabförmige Elemente 9a,9b umfassende
Schwingungstilger 7 sind zur Tilgung von Schwingungen in
2 Richtungen wie beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung x und Fahrzeugquerrichtung
y gemäß 1 einsetzbar.
In 3 ist ein Schwingungstilger 7 mit einem
stabförmigen
Element 9a dargestellt. In 4 weist
der Schwingungstilger 7 zwei einseitig eingespannte stabförmige Elemente 9a und 9b auf,
durch eine doppelt so große
Masse gegenüber
der Ausführungsform
in 3 ist die Tilgungswirkung dementsprechend erhöht.
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In 5 und 6 sind
weitere Ausführungsformen
von stabförmige
Elemente 9a, 9b, 9c, 9d umfassende
Schwingungstilger 7 dargestellt, wobei diese Ausführungsformen
gegenüber
den Ausfüh rungsform
aus 3 und 4 Schwingungen in einer weiteren
Richtung wie z.B. in Hochachsrichtung z tilgen. Aufgrund der doppelt
so hohen Masse weist der Schwingungstilger 7 aus 6 gegenüber dem Schwingungstilger 7 aus 5 in
allen Richtungen eine entsprechend höhere Tilgerwirkung auf. Durch unterschiedliche
geometrische Gestaltung der vertikalen Elemente 9a, 9c und
horizontalen stabförmigen
Elemente 9b, 9d des Schwingungstilgers 7 lässt sich
beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung
x eine andere Frequenz tilgen wie in Hochachsrichtung z. Gleichfalls
kann durch ein unregelmäßiges Profil
wie beispielsweise ein Rechteckprofil in Fahrzeugquerrichtung y
eine andere Frequenz getilgt werden wie in Fahrzeuglängs- oder
in Hochachsrichtung x, z. In einer weiteren Alternative kann zur
Tilgung unterschiedlicher Frequenzbereiche beispielsweise in Hochachsrichtung
z das stabförmige
Element 9b eine andere Länge aufweisen als das Element 9d.
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Die
Ausführungsformen
der Schwingungstilger 7 der 3 bis 6 können beliebig
kombiniert werden, letztendlich ist die Geometrie durch die zur Verfügung stehenden
Bauraumverhältnisse
bestimmt. Zur Anbindung des Schwingungstilgers 7 weisen
die gezeigten Ausführungsformen
Durchgangsbohrungen 16 zur Verschraubung mit dem im Kraftfluss
unmittelbar vor dem Gummielement 5 angeordneten aggregatefesten
Lagerteil 6 auf. Alternativ kann der Schwingungstilger 7 an
dem Lagerteil 6 beispielsweise angeschweißt oder
einteilig mit diesem ausgeführt
sein.
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- 1
- Hinterachsgetriebe
- 2
- Fahrzeugaufbau
- 3
- Aufbaufestes
Lagerteil, Lagerzapfen
- 4
- Bohrung
- 5
- Elastisches
Element, Gummielement
- 6
- Aggregatefestes
Lagerteil
- 7
- Schwingungstilger
- 8
- Lagerungsvorrichtung
- 9a,
9b, 9c, 9d
- Stabförmige Elemente
- 10a
- Geräuschpegel
ohne Schwingungstilger fahrerseitig
- 10b
- Geräuschpegel
ohne Schwingungstilger beifahrerseitig
- 11a
- Geräuschpegel
mit Schwingungstilger fahrerseitig
- 11b
- Geräuschpegel
mit Schwingungstilger beifahrerseitig
- 14
- Bereich
mit Heulgeräusche
- 15
- Schallpegelreduktion
- 16
- Durchgangsbohrung