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Die Erfindung betrifft ein Lagerelement zur Befestigung an einem Trägerelement, umfassend eine tragende Feder, insbesondere Stahlfeder, ein Elastomerelement, insbesondere Gummielement, mit einer Ausnehmung zur Aufhängung eines schwingenden Körpers, insbesondere eines Kompressors für Luftfedersysteme an einer Fahrzeugkarosserie, und einen Bolzen, der teilweise von der Feder umgeben ist.
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Bei heutigen Schwingungslagerungen für Kompressoren von Luftfedersystemen in Kraftfahrzeugen werden häufig Kombinationen von einer tragenden Stahlfeder und einem Gummielement zur Aufnahme eines Kompressorhalters verwendet. Dabei stützt sich die Stahlfeder auf einem Stützelement ab und als weiterer Endanschlag dient das Gummielement. Über einen Bolzen wird die gesamte Konstruktion mit der Fahrzeugkarosserie verbunden. Weiterhin sieht die Konstruktion freie Schwingwege zwischen Gummielement und dem Stützelement beziehungsweise der Fahrzeugkarosserie vor um eine geringe Körperschallübertragung vom Kompressor zur Fahrzeugkarosserie zu erreichen.
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Nachteilig ist bei den bekannten Schwingungslagern die Dämpfung des Gummielementes, sodass bei großen Anregungen aus dem Fahrzeug hohe Kräfte auftreten können und dadurch der Kompressor stark nachschwingt oder sogar in seine Eigenfrequenz gerät.
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Um die Dämpfung weiter zu erhöhen, können Gumminoppen an den Enden des Gummielements vorgesehen sein. Allerdings schlägt der Kompressor bei großen Amplituden schnell an den Endanschlag durch, wodurch die Dämpfungswirkung der Gumminoppen gering ist und die Geräuschbeeinträchtigung im Fahrzeug steigt.
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Ein weicheres Gummigemisch verbessert zwar die Dämpfungseigenschaften, reduziert aber die Festigkeit des Kompressorhalters und führt zu Lebensdauerproblemen.
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Ein weiterer Nachteil der bekannten Schwingungslagerung besteht in der Länge des freien Schwingweges. Je länger der freie Schwingweg ist, umso höher kann der Kompressor beschleunigt werden. Die dadurch erhöhten Kräfte am Endanschlag werden auf die Fahrzeugkarosserie übertragen und steigern die Geräuschentwicklung. Beispielsweise beträgt der freie Schwingweg ohne Gummielementeingriff im stationären Kompressorlauf ±2 mm mit zusätzlichen maximalen ±3 mm Schwingweg bei externer Anregung, sodass in Summe ein Gesamtschwingweg von ±5 mm benötigt wird. Daher wird ein größerer Einbauraum benötigt.
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Aus der
DE 10 2007 015 017 A1 ist ein Vibrationsdämpfer bekannt, der über ein inneres Rohrelement und eine das Rohrelement umgebene Buchse verfügt, wobei der untere Teil der Buchse von einer Spiralfeder umgeben ist und der obere Teil der Buchse zur Aufnahme der Kompressorhalterung dient. Somit ist die Konstruktion schwebend und elastisch gelagert. Durch die Reibung zwischen dem Rohrelement und der Buchse soll die Vibrationsdämpfung unterstützt werden. Dies hat allerdings den Nachteil, dass durch Reibung Verschleiß und Wärme entstehen, womit die Dämpfungseigenschaften nicht konstant sind und ebenfalls zu einer verringerten Lebensdauer führen. Weiterhin ist der Reibspalt empfindlich gegenüber Verschmutzung, wodurch sich die gesamte Konstruktion verklemmen kann.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lagerelement zu konzipieren, mit welchem die auf die Karosserie einwirkenden Kräfte minimiert und Schwingungen reduziert werden, wodurch eine effektivere Lagerung gestaltet werden kann.
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Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
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Erfindungsgemäß gestaltet sich das Lagerelement zur Befestigung an einem Trägerelement aus einer tragenden Feder, vorzugweise einer Stahlfeder, einem Elastomerelement, vorzugsweise aus Gummi, mit einer Ausnehmung zur Aufhängung eines schwingenden Körpers, wobei ein Bolzen teilweise von der Feder umgeben ist. Dabei ist der Bolzen von einem hohlförmigen unterem Dämpfungselement und einem hohlförmigen oberem Dämpfungselement umschlossen, wobei zwischen dem unteren und dem oberen Dämpfungselement das Elastomerelement angeordnet. Als Endanschlag für das untere Dämpfungselement dient ein Stützelement, vorzugsweise in Plattenform, mit einem Übergang zu einer inneren Hülse und als Endanschlag für das obere Dämpfungselement dient das Trägerelement, welches eine Fahrzeugkarosserie sein kann. Dabei sind das Stützelement, das untere und das obere Stützelement, das Elastomerelement und das Trägerelement formschlüssig angeordnet. Diese Anordnung erlaubt eine sichere und stark gedämpfte Lagerung eines Kompressors.
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Bevorzugt sind das untere und das obere Dämpfungselement, sowie das Elastomerelement derart angeordnet, dass für das Elastomerelement kein freier Schwingweg vorhanden ist, womit bereits vorab große Anregungen beziehungsweise Ausschläge unterdrückt werden.
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Bevorzugt werden die Dämpfungselemente vorgestaucht eingebaut, damit bei maximaler Schwingungsanregung des schwingenden Körpers beziehungsweise des Kompressors keine freien Wege, beziehungsweise Räume zwischen den Dämpfungselementen, dem Elastomerelement, dem Stützelement oder dem Trägerelement entstehen. Folglich ist durch diesen Form- und Kraftschluss die Dämpfung immer im Eingriff und wirksam.
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Auch wenn die unterschiedlichen Bauteile aneinander anliegen, wirkt sich eine Körperschallweiterleitung nicht negativ aus. Durch die immer wirksame Dämpfung kann der Kompressor keine großen Schwingungen erzeugen. Mittels der Lagerung des Kompressors über das Elastomerelement an der Feder übernehmen die Dämpfungselemente die reine Dämpfungsarbeit. Über die Dämpfung werden die eingeleiteten Kräfte in die Fahrzeugkarosserie und somit auch die Geräuschentwicklung reduziert. Sollten im Falle großer Schwingungsanregungen die Dämpfungselemente vollständig zusammengepresst werden, bildet das Elastomerelement einen zusätzlichen Endanschlag.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Elastomerelement relativ zu dem Stützelement und dem Trägerelement beweglich.
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Dabei stützt sich die Feder bevorzugt einerseits am Stützelement und andererseits am Elastomerelement ab.
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Diese vorteilhaften Anordnungen führen zu wesentlich geringeren Bewegungen des Kompressors. Im stationären Betrieb sowie durch externe Anregungen sind Nachschwingungen deutlich reduziert, sodass die Belastungen in den Lagerpunkten minimiert werden.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Lagerelement mittels des Bolzens mit einem Gewinde über eine Mutter mit dem Trägerelement verbunden. Dies ermöglicht eine einfache und sichere Montage beispielsweise aneiner Fahrzeugkarosserie.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Feder des Lagerelements entweder innerhalb des oder außerhalb des unteren Dämpfungselements.
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Bevorzugt umgibt das untere Dämpfungselement die Feder und besteht deshalb aus weniger Material als das obere Dämpfungselement. Aus diesem Grund wird für das untere Dämpfungselement besonders bevorzugt ein Material mit stärkerem Dämpfungsvermögen als für das obere Dämpfungselement gewählt. So wird das Dämpfungsvermögen beider Dämpfungselemente angeglichen und führt zu einer in beide Schwingungsrichtungen gleichbleibenden Gesamtdämpfung des Lagerelements.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bestehen das untere und das obere Dämpfungselement aus einem Polyurethan, wobei das untere Dämpfungselement eine höhere oder gleiche Raumdichte als das obere Dämpfungselement aufweist.
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Es gibt kompressible Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie zum Beispiel gängige Elastomere aus Gummi, stark dämpfende Werkstoffe wie Polyurethane oder thermoplastische Polyester Elastomere. Insbesondere die Verwendung von Polyurethan in bevorzugt zwei verschiedenen konstruktiven Formen oder chemischen Materialien für das obere und das untere Dämpfungselement dienen in dem Lagerelement maßgeblich der Schwingungsreduzierung.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind das untere und das obere Dämpfungselement, sowie das Elastomer einstückig ausgeführt. Dabei wird für die Dämpfungselemente und das Elastomerelement ein gleiches Material verwendet und somit ein Dämpfungsblock gebildet. Das Material weist ein gutes Dämpfungsvermögen auf und ermöglicht eine stabile Aufnahme des schwingenden Körpers beziehungsweise des Kompressors.
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Besonders bevorzugt wird dabei die Feder von dem als einstückig ausgeführten unteren und oberen Dämpfungselement, mit dem Elastomerelement komplett umschlossen. Durch einen Umspritzvorgang der Feder einsteht ein fertiges Bauteil, welches direkt an dem Trägerelement montiert werden kann.
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Alternativ ist es bevorzugt die Dämpfungselemente und das Elastomerelement aus verschiedenen Materialen zu fertigen, die sich miteinander verbinden lassen. Beispielsweise durch Verkleben oder Anvulkanisieren.
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Bevorzugt kann auch auf das Elastomerelement verzichtet werden. Dabei wird die Kompressorhalterung zwischen den beiden Dämpfungselementen aufgenommen. Wobei das untere Dämpfungselement an dem Stützelement und das obere Dämpfungselement mit einem Befestigungselement an dem Trägerelement beziehungsweise der Fahrzeugkarosserie anliegen. Dabei dient die Kompressorhalterung als Endanschlag für die Feder.
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Verwendung findet das Lagerelement nach den Patentansprüchen 1 bis 9 bevorzugt zum Lagern von Kompressoren für Luftfedersysteme in Kraftfahrzeugen.
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Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
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Es zeigen
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1 ein erstes beispielsgemäßes Lagerelement,
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2 ein zweites beispielgemäßes Lagerelement mit vollständig umschlossener Feder,
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3 eine Standardlagerung,
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4 ein beispielhaftes Schwingungsverhalten der Standardlagerung, und
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5 ein beispielhaftes Schwingungsverhalten des beispielsgemäßen Lagerelements.
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In 1 ist ein erstes beispielgemäßes hochdämpfendes Lagerelement 1 dargestellt. Ein Bolzen 2 mit einem verdeckten Gewinde 3 und einer dazugehörigen Mutter 4 verbindet das Lagerelement 1 an einem Trägerelement 10. Bolzen 2 ist von einem holförmigen unteren Dämpfungselement 6 und einem hohlförmigen oberen Dämpfungselement 9 umschlossen. Zwischen unterem Dämpfungselement 6 und oberem Dämpfungselement 9 ist ein Elastomerelement 7 angeordnet. Bolzen 2 wird von einem plattenförmigen Stützelement 11 mit einem Übergang zu einer Hülse 12 umgeben. Unteres Dämpfungselement 6, oberes Dämpfungselement 9 und Elastomerelement 7 sind zwischen dem Stützelement 11 und dem Trägerelement 10 eingespannt. Aufgrund der Kompressibilität der Dämpfungselemente ist Elastomerelement 7 relativ zu Stützelement 11 und Trägerelement 10 gedämpft beweglich. Eine Feder 5 stützt sich einerseits am Stützelement 11 und andererseits am Elastomerelement 7 ab.
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Eine beispielhafte vorteilige Auswahl für das die Feder 5 umgebende untere Dämpfungselement 6 ist das Produkt SL-100 der Firma ACE Stoßdämpfer GmbH, Deutschland mit einer Raumdichte von 500 kg/m3 und für das obere Dämpfungselement 9 das Produkt SL-030, Firma ACE Stoßdämpfer GmbH, Deutschland mit einer Raumdichte von 270 kg/m3. Der ausgewählte Werkstoff absorbiert die auftretende Energie und wandelt diese in Wärme um und weist somit eine sehr hohe innere Dämpfung auf.
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Im stationären Betrieb erlaubt das Lagerelement 1 beispielsweise einen Schwingweg von ±1 mm und dadurch, dass der Kompressor keine großen Schwingungen aufbauen kann, können weitere ±2 mm über die Endanschläge abgefangen werden, womit sich ein Gesamtschwingweg von ±3 mm ergibt.
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2 zeigt ein zweites beispielhaftes hochgedämpftes Lagerelement 1 mit einer umschlossenen Feder 5. Ein Bolzen 2 mit einem verdeckten Gewinde 3 und einer dazugehörigen Mutter 4 verbindet das Lagerelement 1 mit einem Trägerelement 10. Bolzen 2 wird von einem plattenförmigen Stützelement 11 mit einem Übergang zu einer Hülse 12 umgeben. Ein unteres Dämpfungselement 6 und ein oberes Dämpfungselement 9 sind zusammen mit einem Elastomerelement 7 mit einer Ausnehmung 8 als ein einstückiger Dämpfungsblock aus einem gleichem Material dargestellt. Auf dem Stützelement 11 liegt Feder 5 auf und ist von dem Dämpfungsblock komplett umschlossen.
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3 zeigt eine bekannte Standardlagerung 20 mit freien Schwingwegen 21, einer dynamischen Dämpfung mittels Gumminoppen 22 und einem Gummielement 23 zur Aufnahme eines Kompressors mittels der Ausnehmung 8. Stahlfeder 5 stützt sich jeweils an dem Stützelement 11 mit Übergang zur Hülse 12 und innerhalb des Gummielements 23 ab. Mittels Bolzen 2 mit Gewinde 3 und Mutter 4 wird die Konstruktion am Trägerelement 10 befestigt.
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Das Diagramm in 4 zeigt ein beispielhaftes Schwingungsverhalten der Standardlagerung der 3. Es ist die Zeit in Sekunden über die Kraft in Newton abgetragen und die drei aufgezeichneten Kurven zeigen die jeweiligen wirkenden Kräfte in XYZ-Richtung. So sind deutlich kurze Schwingungsdauern mit großen Amplituden zu erkennen, sowie ein Ausschwingverhalten mit kleineren Amplituden und längeren Schwingungsdauern.
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Im Unterschied dazu zeigt 5 ein beispielhaftes Schwingungsverhalten des beispielgemäßen Lagerelements der 1. Es ist ebenfalls die Zeit in Sekunden über die Kraft in Newton abgetragen und die drei aufgezeichneten Kurven zeigen die jeweiligen wirkenden Kräfte in XYZ-Richtung. 5 zeigt ein deutlich gedämpftes Schwingungsverhalten, wobei die Amplitude etwa ein Zehntel der Amplitude der Standardlagerung beträgt und das Ausschwingverhalten deutlich schwächer ausfällt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerelement
- 2
- Bolzen
- 3
- Gewinde
- 4
- Mutter
- 5
- Feder
- 6
- unteres Dämpfungselement
- 7
- Elastormerelement
- 8
- Ausnehmung
- 9
- oberes Dämpfungselement
- 10
- Trägerelement
- 11
- Stützelement
- 12
- Hülse
- 13
- gesamtes Dämpfungselement
- 20
- Standardlagerung
- 21
- Schwingweg
- 22
- Gumminoppen
- 23
- Gummielement
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007015017 A1 [0007]
