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Die Erfindung betrifft einen frequenzunabhängigen Tilger gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Im Betrieb eines Fahrzeugs treten in der Regel Schwingungen bzw. Vibrationen unterschiedlicherer Frequenzen auf, die beispielsweise durch einen Antriebsmotor des Fahrzeugs oder die Straße verursacht und auf einzelne Bauteile oder auf das gesamte Fahrzeug übertragen werden. Insbesondere im Bereich sogenannter Eigenfrequenzen werden diese Schwingungen für einen Nutzer in verstärktem und besonders störendem Maße spürbar.
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Speziell bei Motorrädern treten Schwingungen auf, die sich auf Bauteile mit direktem Kontakt zum Fahrer, wie beispielsweise den Sitz und den Motorradlenker, spürbar übertragen und somit den Fahrkomfort erheblich senken.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Maßnahmen zur Reduzierung dieser Schwingungen bzw. Vibrationen bekannt. So werden beispielsweise Elastomereinlagen eingesetzt, die eine Entkopplung und eine gleichzeitige Dämpfung der Schwingungen ermöglichen. Außerdem kommen im Bereich des Motorradlenkers feste Gewichte oder klassische Gegenschwinger zum Einsatz.
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Diese Systeme erlauben jedoch lediglich eine bedingte und unzureichende Reduktion der auftretenden Schwingungen. Beispielsweise liegt dies im Falle der festen Gewichte darin begründet, dass die Gewichte in ihrer Variabilität eingeschränkt sind und lediglich eine Verschiebung der Eigenfrequenzen des Motorradlenkers bewirken. Aufgrund einer vergleichsweise breitbandigen Anregung des Antriebsmotors mit Schwingungen verschiedenster Frequenzen, kann somit nur eine geringe Dämpfungswirkung erzielt werden. Auch eine Verwendung der bereits genannten Entkopplungen mittels Elastomereinlagen kommt zu dem gleichen Ergebnis. Aufgrund ihrer vergleichsweise geringen Masse und einer bereitzustellenden Lenkersteifigkeit können diese Elastomereinlagen nicht überkritisch ausgelegt werden, so dass die erzielbare Wirkung ebenfalls gering ausfällt.
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Der außerdem genannte Gegenschwinger weist den Nachteil auf, dass er eine elastisch gelagerte Masse umfasst und somit prinzipbedingt nur bei einer einzelnen Schwingungsfrequenz wirksam ist. Anteile des breiten Frequenzspektrums ober- und unterhalb dieser Schwingungsfrequenz bleiben daher nahezu unbeeinflusst erhalten.
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Aus der
US 2005/ 0 257 978 A1 ist beispielsweise ein Motorradlenker bekannt, der an den äußeren Enden jeweils eine hohle Kammer aufweist, die teilweise mit losem Material in Form von Bleikugeln zum Dämpfen von Schwingungen gefüllt ist.
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Die beschriebene Anordnung des Motorradlenkers weist jedoch den Nachteil auf, dass sich die Bleikugeln in einem Betrieb des Motorrads aufgrund gegenseitiger Relativbewegungen der Kugeln zueinander und aufgrund eines Aneinanderschlagens gegenseitig verformen. Es tritt also eine Selbstverformung des losen Materials auf, die spätestens im Laufe der Zeit, insbesondere innerhalb eines üblichen Lebenszyklus eines Fahrzeugs, beispielsweise innerhalb von 5 bis 15 Jahren bzw. einer Laufleistung von 100.000km bis 300.000km (alle Angaben abhängig vom jeweils betrachteten Fahrzeug), zu einem „Verklumpen“ des losen Materials führen. Das lose Material verliert also seine „lose“ Eigenschaft, da sich die Bleikugeln verformen, so dass eine Relativbewegung zueinander vermindert wird, und sich die Kugeln miteinander zu Klumpen zusammenschließen. Dieser Vorgang ist nicht umkehrbar und führt dazu, dass die Dämpfungswirkung verloren geht, so dass nur noch ein Austausch des losen Materials vorgenommen werden kann. Dies verursacht einen wartungsbedarf, wodurch ein zusätzlicher Material- und Montageaufwand sowie hiermit verbundene Kosten entstehen.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher eine verbesserte Dämpfungsvorrichtung bereitzustellen, insbesondere eine langlebige Dämpfungsvorrichtung vorzusehen, die möglichst robust und haltbar ist sowie gute Dämpfungseigenschaften bietet.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einem frequenzunabhängigen Tilger gemäß Patentanspruch 1 sowie einem Motorradstrukturteil und einem Motorrad gemäß den Ansprüchen 9 bzw. 10. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Demnach wird ein frequenzunabhängiger Tilger zum Dämpfen von Schwingungen eines als Motorradlenker ausgeführten Fahrzeugbauteils bereitgestellt, wobei an einem äußeren Ende des Motorradlenkers ein Griff angeordnet ist, wobei der frequenzunabhängige Tilger als Motorradlenker-Endstück zum Anordnen an dem äußeren Ende des Motorradlenkers ausgebildet ist, und wobei der Tilger
- - eine abgeschlossene hohle Kammer und
- - loses Material mit einer Anzahl von Einzelelementen umfasst, wobei das lose Material in der hohlen Kammer beweglich angeordnet ist und diese mindestens teilweise füllt. Außerdem ist an dem äußeren Ende eine Ausnehmung angeordnet, welche zur Aufnahme eines an dem Tilger
angeordneten Verbindungselements ausgebildet ist, wobei das Verbindungselement schraubenförmig mit einem Außengewinde ausgebildet ist, um in ein in der Ausnehmung angeordnetes Innengewinde eingeschraubt zu werden. Der Tilger weist ein becherförmiges Körperteil auf, welches die hohle Kammer aufweist, welche mit einem Deckel abgedichtet verschließbar ist. Das lose Material in der hohlen Kammer umfasst hochfestes Material, welches eine Härte aufweist, die dazu geeignet ist, in einem Betrieb des Fahrzeugs eine Selbstverformung der Einzelelemente zu verhindern.
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Der frequenzunabhängige Tilger weist also einen Körper auf, welcher die abgeschlossene Kammer bereitstellt. Hierzu kann der Körper beispielsweise ein im Wesentlichen becherförmiges Körperteil mit einem die Kammer bildenden Hohlraum und einen Deckel zum Schließen der Kammer umfassen. Der Deckel kann form-, stoff- oder kraftschlüssig mit dem becherförmigen Körperteil verbunden sein. Vorzugsweise ist der Deckel mittels Gewinde auf dem becherförmigen Körperteil aufgeschraubt. Alternativ ist eine Verbindung des Deckels und des Körperteils mittels Kleben oder Schweißen ebenso möglich. Ferner kann der Deckel mit dem Körperteil verpresst sein, wodurch eine sichere und kostengünstige Verbindung beider Elemente bereitgestellt werden kann. Darüber hinaus kann der Deckel in jeder der genannten Ausführungsformen abdichtend mit dem Körperteil verbunden sein, um die Kammer gegenüber einer Umgebung dicht zu verschließen.
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Der Tilger ist darüber hinaus derart ausgestaltet, dass er mit dem Fahrzeugbauteil verbindbar ist. Die Verbindung kann ebenfalls stoff-, form-, oder kraftschlüssig erfolgen. Hierzu kann der Tilger außerdem entsprechend ausgebildete Verbindungsmittel aufweisen. Beispielsweise umfasst der Tilger einen Gewindestift, über welchen der Tilger an dem Fahrzeugbauteil angeschraubt werden kann. Alternativ kann eine Verbindung durch ein Integrieren des Tilgers in dem Fahrzeugbauteil erfolgen. In jedem dieser Fälle kann der Tilger vorzugsweise möglichst mit jener Stelle des Fahrzeugbauteils verbunden sein, an der eine maximale Amplitude der Schwingung auftritt. Dies kann beispielsweise im Falle eines Motorradlenkers an dessen äußeren Enden und/oder im Bereich nahe einer Mitte jedes der beiden Arme des Motorradlenkers sein. Eine exakte Position hängt jedoch von der Art der zu erwartenden Schwingungen und der Bauform des Fahrzeugbauteils ab.
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Des Weiteren ist in der hohlen Kammer des Tilgers das lose Material angeordnet und kann sich zumindest innerhalb der Kammer relativ zu dieser bewegen. Wird also das Fahrzeugbauteil zu Schwingungen angeregt, so werden diese auf den mit dem Fahrzeugbauteil verbundenen Tilger übertragen, wodurch das lose Material in Bewegung versetzt wird. Aufgrund einer zwischen den Einzelelementen auftretenden Reibung werden diese Schwingungen und folglich ebenfalls die Schwingungen des Fahrzeugbauteils gedämpft. Dieses Wirkprinzip funktioniert bei allen Frequenzen, so dass der beschriebene Tilger frequenzunabhängig dämpfend wirkt.
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Um die beschriebene Selbstverformung und somit ein Verklumpen des losen Materials, insbesondere aufgrund der auftretenden Schwingungen, zu verhindern, wird vorgesehen, dass das zu verwendende lose Material das beschriebene hochfeste Material umfasst. Dies bedeutet, dass das lose Material mindestens teilweise aus dem hochfesten Material besteht.
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Als hochfestes Material im Sinne der Erfindung ist ein Material zu verstehen, das eine Härte aufweist, welche im Rahmen der im regulären Betrieb des Fahrzeugs zu erwartenden Belastungen einer Selbstverformung widerstehen kann, so dass auch bei Belastungen über einen längeren Zeitraum, insbesondere einen Lebenszyklus eines Fahrzeugs, die reibungsbehafteten Relativbewegungen der Einzelelemente und somit der hiermit verbundene Dämpfungseffekt erhalten bleiben .
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Vorzugsweise weist das hochfeste Material eine Härte mit einem Brinell-Härtewert von mindestens 40 HB auf. Vorzugsweise beträgt die Brinell-Härte mindestens 50 HB. Die Härteprüfung nach Brinell ist in den DIN EN-ISO 6506-1 bis 6501-4 hinterlegt.
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In Abhängigkeit von zu erwartenden Belastungen des Fahrzeugs kann eine unterschiedliche Härte des hochfesten Materials vorgesehen werden. Während bei einem reinen Straßenbetrieb geringe bis mittlere Schwingungsbelastungen zu erwarten sind, können beispielsweise bei einem Geländeeinsatz des Fahrzeugs oder bei hohen Geschwindigkeiten Schwingungen mit vergleichsweise hoher Amplitude auftreten, wodurch eine hohe Krafteinwirkung auf das lose Material verursacht wird. Dasselbe gilt bei einer Schwingungsanregung mit einer Eigenfrequenz. Als vorteilhaft wird daher ein Material mit einer Brinell-Härte von 40 HB oder höher angesehen, so dass im Gegensatz zu dem bisher bekannten Material aus Blei, welches üblicherweise eine Brinell-Härte von ca. 3 HB aufweist, die beschriebene Selbstverformung im Wesentlichen verhindert werden kann. Bei 50 HB steigt mit der verfügbaren Härte eine Langlebigkeit bei besonders hohen Schwingungsbelastungen zusätzlich in besonders vorteilhafter Weise an.
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Alternativ kann das hochfeste Material aufgrund seiner Festigkeit definiert werden und weist eine Zugfestigkeit von mindestens 140 N/mm2, vorzugsweise mindestens 175 N/mm2, auf. Zur Erzielung einer weiter verbesserten Langlebigkeit sind ebenso härtere Festigkeitswerte möglich.
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Des Weiteren können die Einzelelemente kugelförmiges Material und/oder Granulat umfassen. Kugelförmiges Material bietet den Vorteil, dass die Kugeln eine besonders stabile Form bereitstellen, die trotz reibungsbehafteter Relativbewegungen der Einzelelemente besonders langlebig ist, gleichzeitig jedoch nur eine vergleichsweise geringe Reibung bereitstellt. Im Gegensatz dazu zeichnet sich ein Granulat durch kornförmige Einzelelemente mit in der Regel unregelmäßiger äußerer Form aus, wodurch ein vergleichsweise hoher Reibwert und somit eine besonders starke Reibung für eine besonders starke Dämpfung der Schwingungen bereitgestellt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform umfassen die Einzelelemente Stahl und/oder Wolfram. Diese Materialien stellen eine Brinell-Härte von über 50 HB bereit und eigenen sich daher in besonders bevorzugter Weise für eine langlebige Dämpfung der Schwingungen, da eine Selbstverformung aber auch ein Materialabtrag aufgrund der reibungsbehafteten Relativbewegungen im Wesentlichen verhindern wird und auch nach langjährigem Betrieb des Fahrzeuges keine spürbare Reduzierung der Dämpfungswirkung auftritt.
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Vorzugsweise weisen die Einzelelemente eine mittlere Korngröße von maximal 1mm auf. Dieser Wert gilt sowohl für eine pro Korn im Mittel betrachtete Korngröße des ungleichmäßig geformten Granulats als auch für die Größe der „kugelförmigen“ Einzelelemente, d.h. für deren konstanten Durchmesser. Bei größeren mittleren Korngrößen wird die innere Reibung derart herabgesetzt, dass sich eine Dämpfungswirkung spürbar reduziert. Jedoch ist sie nicht ausgeschlossen, so dass größere mittlere Korngrößen bei Bedarf dennoch möglich sind. Vorzugsweise liegt die mittlere Korngröße zwischen 0,5mm und 1mm. Für kleinere mittlere Korngrößen unter 0,5mm reduziert sich die relative Beweglichkeit der Einzelelemente zueinander derart, dass eine Dämpfungswirkung ebenfalls reduziert wird. Des Weiteren besteht bei dieser Korngröße die Gefahr, dass eine Klumpenbildung aufgrund von in der Kammer vorhandener oder in diese eindringender Feuchtigkeit erfolgt.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform umfasst der Tilger zusätzlich ein in der hohlen Kammer angeordnetes Dämpfungsmedium, in welchem das lose Material angeordnet ist. Dies bedeutet, dass sich in der Kammer sowohl das lose Material als auch das Dämpfungsmedium befinden. Dieses hat die Aufgabe die relativen Bewegungen der Einzelelemente zueinander zusätzlich zu dämpfen und somit eine verbesserte Dämpfungswirkung des gesamten Tilgers zu erzielen. Darüber hinaus kann eine abrasive Wirkung der Einzelelemente je nach Viskosität des Dämpfungsmediums untereinander reduziert oder sogar verhindert werden. Das Dämpfungsmedium kann zusammen mit dem losen Material die Kammer mindestens teilweise oder sogar vollständig ausfüllen. Insbesondere kann die Kammer mit dem losen Material lediglich teilweise gefüllt sein und das Dämpfungsmedium den verbleibenden Hohlraum der Kammer vollständig ausfüllen.
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Beispielsweise kann das Dämpfungsmedium hierzu eine Viskosität aufweisen, welche derart abgestimmt ist, dass das Material relativ zu der Kammer bewegbar ist. Dies bedeutet, dass die Viskosität des Dämpfungsmediums vorzugsweise unterhalb eines Grenzwertes liegt, bei dem das lose Material fest eingeschlossen und in dem Dämpfungsmedium derart fixiert ist, da hierdurch die dämpfende, reibungsbehaftete Relativbewegung des losen Materials bzw. der Einzelelemente zueinander oder zumindest relativ zu dem Dämpfungsmedium verhindert wird. Vielmehr muss das Dämpfungsmedium derart viskos sein, dass die beschriebenen Relativbewegungen weiterhin möglich sind. Vorzugsweise kann die Viskosität derart gewählt sein, dass die Einzelelemente in dem Dämpfungsmedium schweben, aber dennoch die beschriebenen Relativbewegungen möglich sind.
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Beispielsweise kann das Dämpfungsmedium Öl und/oder Fett umfassen. Lediglich beispielsweise kann Öl mit der Viskosität SAE 50 oder SAE 5W als Dämpfungsmedium eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist der Tilger zum Befestigen an einem Motorradlenker und zum Dämpfen von Schwingungen des Motorradlenkers ausgebildet. Hierzu kann der Tilger Verbindungsmittel aufweisen, mittels derer der Tilger mit dem Motorradlenker verbindbar ist. Ebenso kann der Tilger dazu ausgebildet sein, in dem Motorradlenker angeordnet zu werden. Vorzugsweise sind in diesem Fall Verbindungsmittel vorgesehen, um den Tilger an der gewünschten Position innerhalb des Motorradlenkers zu befestigen. So kann der Tilger in einem Griffbereich an einem der beiden Enden eines Motorradlenkers oder aber innerhalb des Lenkergestänges angeordnet werden. An welcher Stelle des Motorradlenkers der Tilger oder mehrere Tilger angeordnet werden, um ein bestmögliche Dämpfungswirkung zu erzielen, hängt, wie voranstehend beschrieben, vom jeweiligen Aufbau und dem Design des Motorradlenkers und den zu erwartenden Schwingungen ab. Jedoch ist jede Position an oder innerhalb des Motorradlenkers dem Grunde nach geeignet, insbesondere an jenen Positionen, an welchen eine maximale Amplitude der Schwingung auftritt.
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Ebenfalls erfindungsgemäß ist der Tilger als Motorradlenker-Endstück zum Anordnen an einem Ende des Motorradlenkers ausgebildet. Dies bedeutet, dass jeweils einer der beschriebenen Tilger an jedem der beiden Enden des Motorradlenkers angebracht werden kann.
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Des Weiteren wird ein Motorradstrukturteil mit einem Tilger beschrieben, wobei der Tilger gemäß der gegebenen Beschreibung ausgebildet ist. Als Motorradstrukturteil ist insbesondere jedes Bauteil des Motorrads zu verstehen, das im Betrieb des Motorrads zu Schwingungen angeregt wird. Insbesondere kann das Motorradstrukturteil aus einer Gruppe bestehend aus einem Motorradlenker, einer Fußraste, einem Tank und einem Rückspiegel ausgewählt und mit mindestens einem Tilger zum Dämpfen der Schwingungen verbunden sein.
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Ferner wird ein Motorrad mit einem Motorradstrukturteil mit einem Tilger beschrieben, wobei das Motorradstrukturteil mit dem Tilger gemäß der gegebenen Beschreibung ausgebildet ist.
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Obwohl die Beschreibung Fahrzeuge im Allgemeinen und Motorräder im Speziellen nennt, ist unter einem entsprechenden Fahrzeug im Sinne der Erfindung auch jedes andere Fahrzeug zu verstehen, bei dem eine entsprechende Dämpfung von Schwingungen vorgesehen werden kann. Insbesondere, aber keinesfalls abschließend, zählen hierzu Personen- und Lastkraftwagen sowie Landwirtschaftliche Fahrzeuge, Motorräder und alle Motorradähnlichen Fahrzeuge, wie beispielsweise sogenannte Quads.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen anhand mehrerer Ausführungsformen naher beschrieben. Hierin zeigt:
- 1 eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tilgers vor einem Zusammenbau,
- 2 den Tilger aus 1 in einem Zusammenbau, und
- 3 eine Schnittansicht einer nicht erfindugnsrelevanten Ausführungsform eines Tilgers in einem Zusammenbau.
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1 zeigt eine Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Tilgers 11, der mit einem Motorstrukturteil 10 verbindbar ist, welches einen Motorradlenker 12 und einen an einem äußeren Ende 12a angeordneten Griff 13 umfasst. An dem äußeren Ende 12a ist eine Ausnehmung 12b angeordnet, welche zur Aufnahme eines an dem Tilger 11 angeordneten Verbindungselements 14 ausgebildet ist. Das Verbindungselement 14 ist in der dargestellten Ausführungsform schraubenförmig mit einem Außengewinde ausgebildet und kann so in ein in der Ausnehmung 12b angeordnetes Innengewinde eingeschraubt werden. Selbstverständlich sind jedoch auch andere Formen einer Verbindung möglich.
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Der Tilger 11 umfasst ein becherförmiges Körperteil 15 mit einer hohlen Kammer 16, die mit einem Deckel 17 abgedichtet verschließbar ist. In der hohlen Kammer 16 ist ein loses Material 18 zusammen mit einem lediglich optional vorgesehenen Dämpfungsmedium 19 angeordnet. Das lose Material 18 füllt die Kammer lediglich teilweise aus, wobei ein verbleibender Anteil der Kammer 16 im Wesentlichen von dem Dämpfungsmedium 19 ausgefüllt wird.
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Selbstverständlich kann ebenso nur das lose Material 18 ohne das Dämpfungsmedium 19 in der Kammer 16 vorgesehen werden. Darüber hinaus kann das lose Material alternativ die Kammer 16 im Wesentlichen vollständig ausfüllen. Es ist außerdem möglich die Kammer 16 zusammen mit dem losen Material lediglich teilweise zu füllen, so dass ein verbleibender Anteil der Kammer 16 mit Luft gefüllt ist.
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2 zeigt den Tilger 11 aus 1 in einem zusammengebauten Zustand mit dem Motorstrukturteil 10. Der Aufbau ist mit jenem aus 1 identisch, so dass zu dessen Erläuterung auf die gegebene Beschreibung verwiesen wird.
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3 zeigt eine Schnittansicht einer nicht erfindungsrelevanten Ausführungsform eines Tilgers 31 in einem eingebauten Zustand in einem Motorradstrukturteil 30 mit einem beispielsweise hohlen Motorradlenker 32 und einem Griff 33. Der Motorradlenker 32 ist als Hohlprofil mit einem hohlen Innenraum ausgebildet, in welchem der Tilger 31 angeordnet und vorzugsweise an einer definierten Position fixiert ist. Diese Position ist in der dargestellten Ausführungsform im Bereich eines äußeren Endes 32a des Motorradlenkers 32 angeordnet. Ebenso ist jedoch bei Bedarf auch eine andere Position innerhalb des Motorradlenkers 32 möglich, beispielsweise eine Position in einem Bereich zwischen dem äußeren Ende 32a und einem Drehpunkt (nicht dargestellt) des Motorradlenkers 32, an der eine maximale Amplitude der zu erwartenden Schwingungen auftritt.
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Der Tilger 32 umfasst gemäß der zweiten Ausführungsform ebenfalls ein becherförmiges Körperteil 35, welches eine hohle Kammer 36 zur Aufnahme von losem Material 38 sowie optional eines zusätzlichen Dämpfungsmaterials 39 umfasst, wobei wie zu 1 beschrieben die hohle Kammer 36 entweder teilweise oder vollständig ausgefüllt sein kann. Abdichtend verschlossen ist die hohle Kammer 36 ebenfalls mittels eines Deckels 37.
