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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff
des Schutzanspruchs 1 zum Tilgen von Resonanzen eines flexiblen
Leitungsteils, insbesondere eines Balgs.
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Weiterhin
betrifft die vorliegende Erfindung ein flexibles Leitungsteil nach
dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 16, insbesondere für Abgasanlagen
bei Kfz-Anwendungen.
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Für die Reduzierung
von Resonanzen an flexiblen Leitungsteilen, insbesondere für die Reduzierung
von Balgresonanzen, sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche
Maßnahmen
bekannt. Beispielsweise werden zum Bedämpfen des Balgs Drahtpressringe
auf dem Balg angeordnet. Alternativ oder zusätzlich kann ein Liner oder
ein Metallgestricke an dem Balg angeordnet sein.
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Bei
dem bisherigen Maßnahmen
ist allgemein als nachteilig anzusehen, dass diese auf mechanischen
Reibungseffekten beruhen, so dass die bekannten Lösungen in
ihrem Dämpfungsverhalten und
ihrer Standfestigkeit nicht über
die Laufzeit stabil sind. Außerdem
ist die erreichbare Dämpfungswirkung
in ihrer Wirkung ungerichtet und somit nicht auf die wichtigen ersten
beiden Schwingungsresonanzen eines flexiblen Leitungsteils (in Längs- bzw. Querrichtung)
abgestimmt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gerichtet wirksame Tilgervorrichtung
für Resonanzen
eines flexiblen Leitungsteils anzugeben, das sich ge genüber dem
Stand der Technik zudem durch eine verbesserte Stabilität über die
Laufzeit auszeichnet.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch
eine Vorrichtung zum Tilgen von Resonanzen eines flexbilen Leitungsteils
mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 1 sowie durch ein flexibles
Leitungsteil mit den Merkmalen des Schutzanspruchs 16.
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Bevorzugte
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren
Wortlaut hiermit durch ausdrückliche
Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen wird, um unnötige Textwiederholungen
zu vermeiden.
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Erfindungsgemäß ist eine
Vorrichtung zum Tilgen von Resonanzen eines flexiblen Leitungsteils, insbesondere
eines Balgs, gekennzeichnet durch ein Gehäuseteil, das in Umfangsrichtung
auf dem flexiblen Leitungsteil anordenbar ist, wenigstens ein Masseelement,
das innerhalb des Gehäuseteils
beweglich angeordnet ist, und wenigstens eine Einrichtung zur gerichteten
Beeinflussung einer Bewegung des Maßelements in dem Gehäuseteil
bei Bewegungen des flexiblen Leitungsteils.
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Erfindungsgemäß ist ein
flexibles Leitungsteil, insbesondere für Kfz-Abgasanlagen, dadurch gekennzeichnet,
dass an dem flexiblen Leitungsteils wenigstens eine erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Tilgen von Resonanzen des flexiblen Leitungsteils angeordnet
ist.
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Nach
einem Grundgedanken der vorliegenden Erfindung ist somit eine Vorrichtung
zum Tilgen von Resonanzen eines flexiblen Leitungsteils (nachfolgend
auch als „Tilgervorrichtung" bezeichnet) geschaffen,
die anders als die bekannten Lösungen nicht
auf mechanischer Reibung, sondern auf dem Prinzip gerichteter Massenträgheit beruht.
Dadurch ergeben sich – ggf.
in Verbindung mit bei Ausgestaltungen der Erfindung vorgesehenen
elastischen Federkräften
und/oder innerer Reibung – vorteilhafterweise
Dämpfungseigenschaften,
die sich über
die Laufzeit nur wenig verändern.
Aufgrund der konkreten Ausgestaltung der Bewegungsbeeinflussungseinrichtung,
insbesondere in Form einer Anordnung einer Mehrzahl von Bewegungsbeeinflussungselementen,
lässt sich
eine gezielte Bedämpfung
bestimmter Resonanzen erreichen.
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Die
erfindungsgemäße Tilgervorrichtung wird
direkt mit dem flexiblen Leitungselement verbunden. Die Art der
Anbringung richtet sich hauptsächlich
nach der konkreten (äußeren) Ausgestaltung
des flexiblen Leitungselements, beispielsweise als Balg mit Glattrohr
oder als durchgewellter Balg.
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Das
beweglich angeordnete Masseelement kann als Festkörperelement
und auch als Anordnung einer Mehrzahl von Festkörperelementen oder alternativ
auch in Form eines vorzugsweise hochviskosen Fluid-„Elements” ausgebildet
sein.
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Während im
ersteren Fall zur gezielten Bewegungseinflussung insbesondere Federelemente, Elastomerabschnitte
oder dergleichen zum Einsatz kommen, lässt sich die Strömungsbewegung
eines Fluids insbesondere durch Strömungsbeeinflussungs- oder Strömungsleitelemente
steuern.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann auch vorgesehen sein, dass es sich bei dem Fluid um ein Fluid handelt,
dessen rheologische Eigenschaften, insbesondere dessen Viskosiktät, magnetisch
und/oder elektrisch veränderbar
ist, so dass sich im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch eine
gezielte, aktive dynamische Beeinflussung des Dämpfungsverhaltens der Tilgervorrichtung
im laufenden Betrieb des flexiblen Leitungsteils erreichen lässt.
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Weitere
Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich
aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung. Es zeigt:
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1 ein
erfindungsgemäßes flexibles
Leitungsteil, teilweise im Querschnitt, mit zwei beispielhaften
Ausgestaltungen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tilgen
von Resonanzen des flexiblen Leitungsteils;
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2 einen
Schnitt entlang der Linie B-B in 1;
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3 einen
Schnitt entlang der Linie C-C in 1;
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4 schematisch
eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Tilgen von
Resonanzen eines flexiblen Leitungsteils in einer Querschnittsansicht;
und
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5 eine
weitere Ausgestaltung des Masseelements einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Tilgen von Resonanzen eines flexiblen Leitungsteils, sowohl in Quer-
als auch im Längsschnitt.
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1 zeigt
anhand einer teilweise längsgeschnittenen
Ansicht eine beispielhafte Ausgestaltung eines flexiblen Leitungsteils 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Bei der gezeigten Ausgestaltung ist das flexible Leitungsteil 1 als
ringgewellter Balg mit zwei gewellten Balgabschnitten 1a, 1b ausgebildet, zwischen
denen bei 1c ein glattwandiger Leitungsabschnitt angeordnet
ist. Auf dem flexiblen Leitungsteil 1 sind jeweils in Umfangsrichtung
desselben zwei erfindungsgemäße Vorrichtungen 2.1, 2.2 zum
Tilgen von Resonanzen des flexiblen Leitungsteils 1 (Tilgervorrichtungen)
angeordnet, auf deren Aufbau nachfolgend auch unter Bezugnahme auf
die 2 und 3 genauer eingegangen wird.
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Obwohl
das flexible Leitungsteil 1 gemäß 1 zwei Tilgervorrichtungen 2.1, 2.2 aufweist,
die sich zudem in ihrem Aufbau bzw. ihrer Anordnung auf dem flexiblen
Leitungsteil unterscheiden, ist die vorliegende Erfindung nicht
auf derartige Ausgestaltungen beschränkt. Insbesondere kann auch
das Anbringen nur einer einzigen Tilgervorrichtung oder einer noch
größeren Anzahl
von Tilgervorrichtungen sinnvoll sein. Diese können nach Belieben entweder in
gewellten Bereichen 1a, 1b des flexiblen Leitungsteils 1 und/oder
in glatten Bereichen 1c des flexiblen Leitungsteils angeordnet
sein. In diesem Zusammenhang ist es im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch
möglich,
dass das flexible Leitungsteil 1 ausschließlich aus
gewellten Bereichen 1a, 1b oder glatten Bereichen 1c besteht.
Vorzugsweise ist das flexible Leitungselement 1 jedoch
als Balgelement mit einer zumindest abschnittsweise (ring-)gewellten Oberfläche ausgebildet,
wie in 1 gezeigt.
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Es
wird nachfolgend zunächst
auf die übereinstimmenden
Merkmale der beiden in 1 gezeigten Tilgervorrichtungen 2.1, 2.2 eingegangen: Diese
weisen jeweils ein hohlringförmiges,
nach innen einseitig offenes Gehäuseteil 2.1a, 2.2a auf,
das im Querschnitt im Wesentlichen quadratisch ausgebildet ist.
Weiterhin weisen die Tilgervorrichtungen 2.1, 2.2 jeweils
ein Masseelement 2.1b, 2.2b auf, das innerhalb
des Gehäuseteils 2.1a, 2.2a beweglich
angeordnet, insbesondere aufgehängt
ist. Bei der Tilgervorrichtung 2.2 setzt sich das Massenelement 2.2b gemäß 3 aus
einer Mehrzahl von Masseelementen 2.2b1–2.2b4 zusammen, die
in der Querschnittsansicht gemäß 3 jeweils
in etwa einen Viertelkreis ausmachen. Die offene Seite der Gehäuseteile 2.1a, 2.2a ist
mittels einer Verschlussstruktur 2.1c, 2.2c aus
einem schwingungsabsorbierenden Material, wie Gummi, Kunststoff,
Metallgestricke oder dergleichen verschlossen. Mit dieser Verschlussstruktur 2.1c, 2.2c liegt
die jeweilige Tilgervorrichtung 2.1, 2.2 an dem
flexiblen Leitungsteil an. Dabei erfolgt die Anlage im Wesentlichen
formschlüssig,
so dass die Verschlussstrukturen 2.1c, 2.2c formmäßig komplementär zu der
Außenkontur
des flexiblen Leitungsteils 1 in dem jeweiligen Anlagebereich 1c bzw. 1a ausgebildet
sind. Mit anderen Worten: Da die Tilgervorrichtung 2.1 in
dem glattwandigen Bereich 1c an dem flexiblen Leitungsteil 1 anliegt,
ist entsprechend die Verschlussstruktur 2.1c zumindest
an ihrer Außenseite
ebenfalls glattwandig ausgebildet, so dass sich eine flächige Anlage
im Bereich 1c des flexiblen Leitungsteils 1 ergibt.
Demgegenüber
ist die Tilgervorrichtung 2.2 in einem gewellten (Balg-)Abschnitt 1a des
flexiblen Leitungsteils angeordnet. Folglich weist die Verschlussstruktur 2.2c zumindest an
ihrer dem Gehäuseteil 2.2a abgewandten
Seite eine zu der Außenkontur
des Balgs im Bereich 1a komplementäre Formgebung auf, mit der
sie in die Zwischenräume
der Balgwellen eingreift, wie in 1 gezeigt.
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Wie
bereits erwähnt,
sind die Masseelemente 2.1b, 2.2b im Innern der
Gehäuseteile 2.1a, 2.2a beweglich
angeordnet, insbesondere aufgehängt. Hierzu
sind eine Anzahl von elastischen Aufhänge- oder Bewegungsbeeinflussungselementen 2.1 d, 2.2d vorgesehen,
die aus Gründen
der Übersichtlichkeit
in den 1 bis 3 nicht in ihrer Gesamtheit explizit
bezeichnet sind. Die Bewegungsbeeinflussungselemente 2.1d, 2.2d können beispielsweise
als Federelemente oder als Abschnitte aus einem Elastomermaterial
ausgebildet sein, und sind einerseits an dem Masseelement 2.1b, 2.2b sowie
andererseits an einer Innenwand des Gehäuseteils 2.1a, 2.2a befestigt.
Auf diese Weise treten die Bewegungsbeeinflussungselemente 2.1d, 2.2d bei
einer relativen Bewegung von Masseelement 2.1 b, 2.2b und
Gehäuseteil 2.2a, 2.2a aufgrund
von Träg heitseffekten
untereinander sowie mit dem Gehäuseteil 2.1a, 2.2a und
dem Masseelement 2.1b, 2.2b in Wechselwirkung,
so dass über
die Massenträgheit
des Masseelements 2.1b, 2.2b und die (inhärenten)
Dämpfungseigenschaften
der Bewegungsbeeinflussungselemente 2.1d, 2.2d eine
Tilgung von Schwingungsresonanzen des flexiblen Leitungsteils 1 bewirkt
ist.
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Neben
dem dargestellten Aufbau ist jedoch auch eine alternative Anordnung
möglich,
nämlich die
Masseelemente auf der Innenseite fest am Balg zu verankern und sie
außen
beweglich am Gehäuse anzuordnen.
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Wie
bereits der 1 zu entnehmen ist, sind die
Bewegungsbeeinflussungselemente 2.1d, 2.2d entweder
parallel oder quer zu einer Umfangsrichtung des Gehäuseteils 2.1a, 2.2a und
damit auch jeweils parallel oder quer zu einer Längsachse L des flexiblen Leitungsteils 1 angeordnet.
Auf diese Weise stellen die Tilgervorrichtungen 2.1, 2.2 jeweils
einen mehrachsigen Tilger mit wenigstens zwei ausgezeichneten Tilgungsachsen
dar, der sich insbesondere zum Tilgen erster Resonanzen des flexiblen
Leitungsteils 1 in Axial- und Radialrichtung (Längs- und Querrichtung)
eignet.
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2 zeigt
eine Querschnittsansicht der Tilgervorrichtung 2.1 in 1.
Wie der 2 zu entnehmen ist, ist das
Masseelement 2.1b als einstückiges Ringelement ausgebildet.
Zwischen der Außenseite
des Masseelements 2.1b und der dieser gegenüberliegenden
Innenwand des Gehäuseteils 2.1a sind
vier Bewegungsbeeinflussungselemente 2.1d unter einem Winkelabstand
von jeweils 90° angeordnet.
Ebenfalls vier Bewegungsbeeinflussungselemente 2.1d finden
sich zwischen einer Innenseite des Masseelements 2.1b und
der dieser gegenüberliegenden
Verschlussstruktur 2.1c. Auch diese Bewegungsbeeinflussungselemente 2.1d sind
unter einem Winkelabstand von 90° angeordnet,
wobei jedoch die Anordnung der inneren Bewegungsbeeinflussungselemente
um 45° gegenüber der
Anordnung der äußeren Bewegungsbeeinflussungselemente
verdreht ist. Ein in 2 erkennbarer Freiraum 2.1e zwischen
dem Masseelement 2.1b und dem Gehäuseteil 2.1a bzw.
der Verschlussstruktur 2.1c kann zusätzlich mit einem schwingungsabsorbierenden
Material, wie Gummi, Kunststoff, einer hochviskosen Flüssigkeit,
Metallgestricke oder dergleichen, zumin dest teilweise aufgefüllt sein,
was in 2 und entsprechend auch in den 1 und 3 nicht
explizit dargestellt ist.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht der anderen Tilgervorrichtung 2.2 in 1,
worauf weiter oben schon ansatzweise eingegangen wurde. Hier besteht
das Masseelement 2.2b nicht aus einem einzelnen Ringteil,
sondern ist aus vier Viertelkreisabschnitten 2.2b1–4 zusammengesetzt.
Zwischen jeweils zwei dieser Viertelkreiselemente 2.2b1–4 ist
ein weiteres Bewegungsbeeinflussungselement 2.2d' angeordnet.
Die Anordnung der weiteren Bewegungsbeeinflussungselemente 2.2d zwischen
dem Masseelement 2.2b einerseits und dem Gehäuseteil 2.2a bzw.
der Verschlussstruktur 2.2c andererseits entspricht im
Wesentlichen der Ausgestaltung gemäß 2, mit der
Ausnahme, dass die inneren und äußeren Bewegungsbeeinflussungselemente 2.2d jeweils
bei gleichen Winkelstellungen angeordnet sind.
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Der
Freiraum 2.2e kann ebenfalls mit einem schwingungsabsorbierenden
Material zumindest teilweise aufgefüllt sein, wie vorstehend anhand
der 2 erläutert.
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4 zeigt
eine weitere exemplarische Ausgestaltung 2.3 einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Tilgen von Resonanzen eines flexiblen Leitungsteils 1 in
Querschnittsansicht. Wie bei den Ausgestaltungen gemäß den 1 bis 3 weist
die Tilgervorrichtung 2.3 in 4 ein (äußeres) Gehäuseteil 2.3a und
eine (innere) Verschlussstruktur 2.3c auf. Zwischen diesen
ist jedoch – abweichend
von den Ausgestaltungen gemäß den 1 bis 3 – kein Festkörperelement
als Masseelement angeordnet. Vielmehr ist bei der Ausgestaltung
gemäß 4 der Raum 2.3e zwischen
dem Gehäuseteil 2.3a und
der Verschlussstruktur 2.3c mit einem Fluid angefüllt, welches
das Masseelement 2.3b bildet. Das Fluid 2.3b ist
zum Tilgen von Resonanzen des flexiblen Leitungsteils 1 zum
einen durch seine Trägheit
bezüglich
(Schwingungs-)Bewegungen des flexiblen Leitungsteils 1 und
zum anderen aufgrund dämpfend wirkender,
innerer Reibungseffekte geeignet. Vorzugsweise ist das Fluid 2.3b in
diesem Zusammenhang als hochviskose Flüssigkeit ausgebildet.
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Zur
gezielten Strömungsbeeinflussung
des Fluids 2.3b im Inneren der Tilgervorrichtung 2.3 weist diese
gemäß 4 analog
zu den Ausgestaltungen gemäß den 1 bis 3 noch
Bewegungsbeeinflussungselemente 2.4d auf. Diese sind vorliegend als
Strömungsleitbleche
ausgebildet, beispielsweise in Blendenform, wie gezeigt. Wie der
Fachmann erkennt, sind in diesem Zusammenhang jedoch eine Fülle weiterer
Ausgestaltungen der Bewegungsbeeinflussungselemente 2.3d möglich, um
eine gezielte Beeinflussung des Strömungsbewegung des Fluids 2.3b innerhalb
der Tilgervorrichtung 2.3 zu erzielen. Die Anzahl, Anordnung
und Ausgestaltung der Bewegungsbeeinflussungselemente 2.3d ist demnach im
Rahmen der vorliegenden Erfindung keinesfalls auf die vorliegend
gezeigte Ausgestaltung beschränkt.
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Beispielsweise
können
neben der gezeigten, ausschließlich
radialen Ausgestaltung und Anordnung der Bewegungsbeeinflussungselemente 2.3d alternativ
oder zusätzlich
(nicht gezeigte) Bewegungsbeeinflussungselemente zum Einsatz kommen,
die im Wesentlichen in Umfangsrichtung der Tilgervorrichtung 2.3 angeordnet
sind, um wiederum eine mehrachsige Tilgungswirkung zu erreichen.
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In
Weiterbildung der erfindungsgemäßen Ausgestaltung
gemäß 4 kann
vorgesehen sein, dass es sich bei den Fluid 2.3b um ein
Fluid handelt, dessen rheologische Eigenschaften nicht konstant und
insbesondere von außen
beeinflussbar sind. Möglich
ist in diesem Zusammenhang insbesondere der Einsatz von elektrisch
und/oder magnetisch aktivierbaren Flüssigkeiten, die beispielsweise
ihre viskosen Eigenschaften beim Anlegen elektrischer und/oder magnetischer
Felder ändern.
In diesem Zusammenhang ist in 4 gestrichelt
noch eine Steuereinrichtung 3 eingezeichnet, die entweder
als Teil der Tilgervorrichtung 2.3 oder zumindest in steuerungstechnischer
Wirkverbindung mit dieser vorgesehen sein kann, um vorliegend relevante
Eigenschaften des Fluids 2.3b gezielt zu beeinflussen.
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Bei
Vorsehen entsprechender Sensorik (nicht gezeigt) ist es auf diese
Weise möglich, über die
Tilgungswirkung der Tilgervorrichtung 2.3 bezüglich Schwingungen
des flexiblen Leitungsteils 1 abhängig von einem Betriebszustand
des flexiblen Leitungsteils 1 Schwingungen, insbesondere
Resonanzen gezielt entgegenzuwirken.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Steuereinrichtung 3 auch dazu ausgebildet sein, über geeignete
(nicht gezeigte) Aktuatoren eine Stellung, Anordnung und/oder Größe der Bewegungsbeeinflussungselemente 2.3d innerhalb
der Tilgervorrichtung 2.3 zu verändern, um auf diese Weise eine
gezielte, dynamische Strömungsbeeinflussung
des Fluids 2.3b zu erreichen.
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5 zeigt
schematisch anhand korrespondierender Quer- und Längsschnittansichten
eine alternative Ausgestaltung des Masseelements 2.4b einer
erfindungsgemäßen Tilgervorrichtung
(in 5 nicht gezeigt).
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Das
Masseelement 2.4b gemäß 5 ist
in Form einer Tilgerscheibe ausgebildet, auf der zur Realisierung
der Bewegungsbeeinflussungselemente eine Reihe von punktförmigen Strukturen 2.4d aus
einem Elastomermaterial angeordnet sind. Dabei sind eine Anzahl
von Elastomerpunkten 2.4d über den Umfang der Tilgerscheibe 2.4b angeordnet,
während eine
weitere Anzahl von Elastomerpunkten 2.4d auf einer Seitenfläche 2.4f der
Tilgerscheibe 2.4b angeordnet sind. Über die Elastomerpunkte 2.4d kann
die Tilgerscheibe 2.4b analog zu den Ausgestaltungen der 1 bis 3 mit
einem (nicht gezeigten) Gehäuseteil
einer entsprechenden Tilgervorrichtung in Wechselwirkung treten,
wie oben detailliert erläutert. Die
Winkellage der Anordnung der Elastomerpunkte 2.4d orientiert
sich dabei vorliegend an der Anordnung der Bewegungsbeeinflussungselemente 2.1d in 2,
ist jedoch nicht hierauf beschränkt.
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Alternativ
ist es auch möglich,
bei einer Tilgerscheibe gemäß 5 auf
das Vorsehen eines Gehäuseteils
gänzlich
zu verzichten, und lediglich über
den Umfang des Durchbruchs 2.4g der Tilgerscheibe 2.4b verteilt
Elastomerpunkte vorzusehen, um auf diese Weise eine Richtungsbeeinflussung
der durch die Massenträgheit
der Tilgerscheibe 2.4b hervorgerufenen Tilgung zu bewirken.