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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Dämpfen einer akustischen Kopplung zwischen einem Aufnahmebauteil, insbesondere Gehäuse, und einer relativ zu dem Aufnahmebauteil drehbaren Welle. Ferner betrifft die vorliegende Anmeldung eine Lageranordnung, welche die Anordnung zum Dämpfen umfasst.
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Beim Betrieb einer Vorrichtung, welche mehrere im Eingriff befindliche Zahnräder aufweist, z.B. ein Getriebe, kann es zu einer Geräuschentwicklung kommen, insbesondere zu einem Rasselgeräusch, welches durch ein Zahnflankenspiel beim Zahnflankenanlagewechsel verursacht werden kann. Je nach Größe des Zahnflankenspiels wird die Höhe der impulshaften Geräuschanregung beeinflusst. Dabei können die Zahnflanken von sich im Eingriff befindlichen Zahnrädern aufeinander schlagen. Die Größe des Zahnflankenspiels kann dabei in Abhängigkeit einer Betriebstemperatur variieren. Bei der Verwendung von Stahl-Zahnrädern, welche in einem Aluminium Gehäuse gelagert sind oder aus verschiedenen Materialien gefertigt sind, kann es aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten mit steigender Temperatur zu einer Veränderung, insbesondere zu einer Erhöhung, des Zahnflankenspiels, etwa bei betriebswarmen Motor, kommen. Damit kann eine Geräuschentwicklung bei betriebswarmem Motor erhöht sein.
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Im Stand der Technik ist zum Beispiel ein Verspannrad verwendet worden, welches es ermöglicht, eine Verspannung von sich im Eingriff befindlichen Zahnrädern zu verändern. Ein derartiges Verfahren ist jedoch sehr aufwändig und erfordert komplexe Vorrichtungen. Bei Vorsehen eines Verspannrades kann zum Beispiel die Bauteilreibung erhöht werden, was einen Kraftstoffverbrauchsnachteil und den Abrieb der Bauteile zur Folge haben kann und somit eine verkürzte Lebensdauer. Bei zu hoher Vorspannung kann zum Beispiel auch ein Singen bzw. Pfeifen der Zahnräder, und somit eine erhöhte Geräuschentwicklung, auftreten.
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Eine andere Möglichkeit ist, ein Sinterrad zu verwenden, welches aufgrund seiner Gefügestruktur bessere Werkstoffdämpfungseigenschaften hat. Dabei können jedoch Lebensdauer und Stabilität herabgesetzt sein. Auch ein Sinterrad kann nur in begrenzter Weise eine Geräuschentwicklung vermindern. Eine Verwendung von Kunststoffrädern gewährleistet nicht immer eine erforderliche Festigkeit und Stabilität. Ein Kunststoffrad kann ferner eine verkürzte Lebensdauer haben.
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Das Dokument
US 2003/0012467 A1 offenbart ein Polymerlager mit einem Elastomer, wobei ein Hoch-Performance-Polymer von einer Elastomer-Hülse umgeben ist, welche die Wirkung von Geräusch und Vibration dämpft, die durch Bewegung eines Rotorschafts gegen das Lager verursacht ist. Die Elastomer-Hülse kann jedoch nicht unter allen Umständen einen sicheren Betrieb des Lagers gewährleisten. Insbesondere kann das in dem obigen Dokument offenbarte Lager nicht in Anwendungen unter erhöhter Last bzw. Belastung eingesetzt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Dämpfungs- und Lageranordnung bereitzustellen. Insbesondere eine solche, welche eine wirkungsvolle Dämpfung einer akustischen Kopplung zwischen einer drehbaren Welle und einem Aufnahmebauteil, insbesondere Gehäuse, vermindert und gleichzeitig einen zuverlässigen, sicheren Betrieb auch bei hoher Belastung erlaubt. Weiter kann eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gesehen werden, eine Übertragung eines Betriebsgeräusches zweier sich im Eingriff befindlicher Zahnräder auf ein Gehäuse, etwa ein Zylinderkurbelgehäuse eines Motors zu vermindern.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Anordnung zum Dämpfen einer akustischen Kopplung zwischen einem Aufnahmebauteil und einer relativ zu dem Aufnahmebauteil drehbaren Welle nach Anspruch 1 und durch die Lageranordnung nach Anspruch 10 gelöst.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen spezifiziert und sind auch in der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung zum Dämpfen einer akustischen Kopplung (zum Beispiel durch Vorsehen elastischer, nachgiebiger Elemente zwischen Bauteilen, welche akustisch zu entkoppeln sind) zwischen einem Aufnahmebauteil, zum Beispiel ein Gehäuse, und einer relativ zu dem Aufnahmebauteil drehbaren Welle weist dabei ein radial inneres (das heißt in einer Richtung senkrecht zu einer Drehachse der drehbaren Welle innen gelegenes) Tragelement (etwa in Form eines Abschnittes eines Ringes oder als ein Vollring, insbesondere kreisförmig gebildet, kann z.B. durch innere (Lager-)Schale/Halbschale gebildet sein) auf, relativ zu welchem die Welle drehbar gelagert ist (insbesondere durch ein Gleitlager (ggf. auch Wälzlager), welches insbesondere das radial innere Tragelement umfassen kann).
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Ferner weist die Anordnung ein radial äußeres (das heißt radial außen relativ zu dem radial inneren Tragelement gelegenes) Tragelement (insbesondere einen Abschnitt eines Ringes bzw. einen Vollring, insbesondere kreisförmig) auf, relativ zu welchem das Aufnahmebauteil fix ist (insbesondere fest verbunden ist) auf.
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Ferner weist die Anordnung eine Dämpfungseinrichtung (welche insbesondere mehrere Bauteile umfassen kann, die insbesondere aus verschiedenen Materialien gefertigt sind) auf,
- • welche zwischen dem radial inneren Tragelement und dem radial äußeren Tragelement angeordnet ist (insbesondere den Raumbereich zwischen dem radial inneren Tragelement und dem radial äußeren Tragelement vollständig ausfüllt) und
- • welche mindestens ein flächiges (sich in zwei unterschiedlichen Richtungen erstreckendes) Stützelement (zum Erhöhen der Festigkeit und/oder Stabilität und/oder zum Gewährleisten einer Elastizität und/oder Nachgiebigkeit, aus einem oder mehren Teilen aufgebaut, aus einem oder mehreren Materialien gefertigt) aufweist,
– dessen Erstreckungsrichtung sich entlang einer Umfangsrichtung (senkrecht zu der radialen Richtung und senkrecht zu einer axialen Richtung, welche entlang der Drehachse der Welle verläuft) ändert.
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Somit ändert sich die Erstreckungsrichtung des Stützelements, wenn entlang der Umfangsrichtung fortgeschritten wird. Das Stützelement kann sich insbesondere auch entlang der axialen Richtung erstrecken, insbesondere ohne dass sich die Erstreckungsrichtung entlang der axialen Richtung ändert.
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Insbesondere kann das Stützelement durch Radialpositionen beschrieben werden, welche sich periodisch entlang der Umfangsrichtung ändern bzw. oszillieren, sich z.B. periodisch von außen nach innen verlagern. Von einer (maximal) äußeren Radialposition (zum Beispiel gemessen von der Drehachse der Welle radial nach außen) kann sich die Radialposition bei Fortschreiten in Umfangsrichtung nach innen verlagern, um bei einer bestimmten Umfangsposition eine (maximal) innere (oder minimal äußere) Radialposition zu erreichen. Bei weiterem Fortschreiten entlang der Umfangsrichtung kann die Radialposition sich von der inneren Radialposition nach außen verlagern, um bei einer weiteren Umfangsposition wieder eine äußere Radialposition zu erreichen.
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Ein Abstand zwischen Umfangspositionen, bei denen jeweils äußere und innere Radialpositionen erreicht sind, kann eine Periode der sich ändernden Radialposition definieren. Die Abstände in Umfangsrichtung zwischen äußere bzw. inneren Radialpositionen können konstant oder auch unterschiedlich sein. Aufgrund der Strukturierung des Stützelements kann dieses einerseits die Stabilität der Dämpfungseinrichtung erhöhen und andererseits auch eine gewisse Flexibilität bzw. Nachgiebigkeit der Dämpfungseinrichtung unterstützen bzw. bewirken.
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Das Stützelement muss nicht einen gesamten Raumbereich zwischen dem radial inneren Tragelement und dem radial äußeren Tragelement einnehmen. Vielmehr kann in diesem Raumbereich das Stützelement Lücken aufweisen.
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Alternativ kann dieser von dem Stützelement nicht eingenommene Raumbereich zwischen dem radial inneren Tragelement und dem radial äußeren Tragelement durch weiteres Material bzw. Materialien ausgefüllt sein, etwa elastische Materialien bzw. ein elastisches Material.
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Das Aufnahmebauteil kann zumindest teilweise die Welle aufnehmen bzw. umgeben. Das Aufnahmebauteil kann aus mehreren Teilen, insbesondere aus Metall gefertigt, zusammengesetzt sein.
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Die Welle kann zum Beispiel eine Getriebewelle sein.
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Die Tragelemente können zusammen das mindestens eine Stützelement tragen.
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Die Tragelemente können zum Beispiel aus Metall gefertigt sein und als Abschnitt eines Rings gebildet sein.
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Das flächige Stützelement kann zwei verschiedene Hauptausdehnungsrichtungen aufweisen, um zweidimensional ausgedehnt zu sein. Eine Dicke des Stützelements kann dabei wesentlich geringer sein als die Ausdehnung in den zwei verschiedenen Hauptausdehnungsrichtungen.
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Das Stützelement kann aus verschiedenen Materialien oder einer Kombination verschiedener Materialien zusammengesetzt bzw. aufgebaut sein.
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Das Stützelement kann insbesondere Metall aufweisen, um eine Festigkeit zu erhöhen. Das Stützelement kann Kunststoff (hart) aufweisen und/oder als Paket auch aus Blech/Kunststoff oder Blech/Elastomer gebildet sein.
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Eine Neigung (bzw. Verkippung) der Erstreckungsrichtung zur Umfangsrichtung (bzw. eine Tangente an die Umfangsrichtung) entlang der Umfangsrichtung kann alternieren (das heißt sich ändern, insbesondere mit wechselnden Verkippungen relativ zu der Umfangsrichtung), wobei ein Neigungswinkel insbesondere zwischen 20° und 80° bzw. zwischen –20° und –80° liegen kann. Diese alternierende Neigung der Erstreckungsrichtung zur Umfangsrichtung kann insbesondere gegeben sein, wenn die Erstreckungsrichtung bei einer Radialposition des Stützelements betrachtet wird, welche zwischen dem radial inneren Tragelement und dem radial äußeren Tragelement (insbesondere genau in der Mitte dazwischen) liegt.
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Eine derart alternierende Neigung kann eine Federwirkung und/oder auch eine Nachgiebigkeit des Stützelements unterstützen, gleichzeitig jedoch eine ausreichend stabilisieren.
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Die Dämpfungseinrichtung zusammen mit dem Stützelement kann eine akustische Kopplung zwischen dem Aufnahmeteil und der drehbaren Welle effektiv vermindern.
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Das Stützelement kann zumindest abschnittsweise ein Querschnittsprofil aufweisen, das wellenförmig, dreieckförmig und/oder trapezförmig ausgebildet sein kann (insbesondere in einer Querschnittsansicht entlang der axialen Richtung). Damit kann eine Nachgiebigkeit und Flexibilität des Stützelements realisiert werden.
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Das Stützelement kann ferner als ein Metallblech ausgebildet sein und insbesondere aus Stahl, Federstahl, Aluminium oder einer Legierung gefertigt sein. Damit kann sowohl eine Nachgiebigkeit, Flexibilität als auch eine erforderliche Festigkeit und Stabilität bewirkt bzw. erreicht werden.
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Die Dämpfungseinrichtung kann insbesondere eine radiale Nachgiebigkeit (Verformbarkeit) von zwischen 1 μm und 20 μm, ferner insbesondere zwischen 2 μm und 10 μm haben. Damit kann die Dämpfungseinrichtung Mikrobewegungen der Bauteile relativ zueinander aufnehmen, so dass eine akustische Kopplung vermindert werden kann. Damit können Betriebsgeräusche, welche durch das Aufnahmeteil in die Umgebung ausgesendet bzw. abgegeben werden, wirksam vermindert werden.
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Ein direkter mechanischer Kontakt zwischen dem radial inneren Tragelement und dem radial äußeren Tragelement kann somit zur Verminderung von akustischer Kopplung abgeschwächt bzw. gedämpft werden.
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Das Stützelement kann an Kontaktbereichen (welche sich insbesondere in Umfangsrichtung erstrecken) zu dem radial inneren Tragelement und/oder zu dem radial äußeren Tragelement hin abgeflacht sein (das heißt sich im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung erstrecken), so dass in Umfangsrichtung innere und/oder äußere (vergrößerte) Kontaktbereiche gebildet sein können, deren Ausdehnung in Umfangsrichtung zwischen 0,1 mm bis 1 mm liegen kann.
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Damit kann eine Stabilität und Festigkeit erhöht werden. Die Dämpfungseinrichtung kann zum Beispiel eine radiale Dicke (das heißt eine Ausdehnung in Radialrichtung) von zwischen 1 mm und 10 mm, insbesondere zwischen 2 mm und 5 mm, aufweisen. Damit kann eine hinreichende Nachgiebigkeit und auch eine erforderliche Festigkeit und Stabilität erreicht werden.
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Das Stützelement kann eine Dicke (das heißt eine Ausdehnung senkrecht zu den Erstreckungsrichtungen, welche die Flächigkeit definieren) von zwischen 0,1 mm und 1 mm oder 2 mm, insbesondere zwischen 0,2 mm und 0,5 mm bzw. 1,5 mm, aufweisen. Damit kann eine gewünschte Elastizität und auch gewünschte bzw. erforderliche Festigkeit und Stabilität und auch Nachgiebigkeit erreicht werden.
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Das Stützelement kann mehrere radial benachbarte Schichten aufweisen bzw. durch eine Mehrzahl von radial benachbarten bzw. beabstandeten Stützelementen gebildet sein, welche insbesondere gestapelt sein können.
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Gemäß einer Ausführungsform kann das mindestens eine Stützelement genau ein Stützelement aufweisen oder zwei, drei, vier, fünf oder noch mehr (gleich oder verschieden geformte) Stützelemente, welche radial benachbart sind, insbesondere radial gestapelt sind. Damit kann eine höhere Festigkeit und Stabilität erreicht werden, während gleichzeitig eine erforderliche Nachgiebigkeit bzw. Flexibilität bzw. Elastizität aufrecht erhalten sein kann.
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Eine gewählte gestapelte Anordnung kann zum Beispiel durch Stapeln planer Stützelemente und nachfolgendes gemeinsames Walzen mit einem entsprechenden angepassten Profilierwerkzeug hergestellt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Dämpfungseinrichtung ferner ein Elastomer, insbesondere Gummi und/oder Silikon und/oder einen Kunststofffilm, aufweisen, welches das mindestens eine Stützelement zumindest teilweise oder vollständig zwischen dem radial inneren und/oder dem radial äußeren Tragelement einbettet und/oder zwischen den Schichten aus mehreren Stützelementen ausgebildet ist.
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Unterschiedliche Elastomere/Dämpfungsschichten können kombiniert eingesetzt werden.
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Das Elastomer kann weiter eine Flexibilität und/oder Nachgiebigkeit der Dämpfungseinrichtung unterstützen, während ferner eine Festigkeit erhöht sein kann, indem das Stützelement zumindest teilweise in dem Elastomer eingebettet ist.
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Das Elastomer kann auch zumindest teilweise das radial äußere Tragelement und/oder das radial innere Tragelement an entsprechenden Oberflächen kontaktieren und daran zumindest teilweise stoffschlüssig haften, insbesondere durch eine Klebwirkung. Damit kann weiter eine Stabilität erhöht werden.
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Das radial innere Tragelement kann als ein radial äußeres Lagerschalenelement, insbesondere eines Gleitlagers oder eines Wälzlagers ausgebildet sein. Zum Beispiel kann eine radial innere Oberfläche des radial inneren Tragelements eine Lauffläche eines äußeren Wälzlagerschalenelements bilden, auf dem Wälzkörper eines Wälzlagers abrollen.
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Alternativ kann eine radial innere Oberfläche des radial inneren Tragelements eine Gleitfläche eines Gleitlagers bilden, gegen die eine gegenüberliegende (radial innen gelegene) Gleitfläche rotieren kann, wobei ein Schmiermittel zwischen den gegeneinander rotierenden Gleitoberflächen eingebracht sein kann. Damit kann das radial innere Tragelement in vorteilhafter Weise eine Doppelfunktion ausführen. Damit kann die Dämpfungsanordnung einen integralen Bestandteil eines Lagers bilden.
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Die Tragelemente, das heißt das radial innere Tragelement und/oder das radial äußere Tragelement können jeweils als Halbzylinderschalen (oder zum Beispiel ein Viertel oder ein Drittel einer Zylinderschale) oder als Vollzylinderschalen ausgeführt sein. Wenn die Tragelemente als Teilzylinderschalen ausgeführt sind, kann ein Zusammenbau einer Lageranordnung, welche eine Welle aufweist, vereinfacht sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Lageranordnung bereitgestellt, welche eine Welle aufweist, ein mit der Welle gekoppeltes Zahnrad, ein Aufnahmeteil, insbesondere ein Gehäuse, und ein Lager zum drehbaren Lagern der Welle gegenüber dem Aufnahmebauteil und eine Anordnung zum Dämpfen gemäß einer der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Dabei ist die Dämpfungsanordnung ausgebildet, eine akustische Kopplung zwischen dem Zahnrad und dem Aufnahmebauteil zu dämpfen, um somit eine Übertragung eines Betriebsgeräuschs des Zahnrades auf das Aufnahmebauteil zu vermindern.
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Die Lageranordnung kann zum Beispiel innerhalb eines Fahrzeuges angeordnet bzw. verwendet werden, zum Beispiel in einem Getriebe bzw. Zylinderkurbelgehäuse. Ein Betriebsgeräusch des Zahnrades kann dabei teilweise auf die Welle übertragen werden. Da die Welle jedoch in gedämpfter Weise mit dem Aufnahmebauteil akustisch gekoppelt ist, kann eine Geräuschabgabe auf das Aufnahmebauteil und eine somit Geräuschabgabe von dem Aufnahmebauteil in die Umgebung vermindert sein. Aufgrund der Anordnung zum Dämpfen können mechanische Vibrationen und Schwingungen in abgeschwächter Form von der Welle auf die Aufnahmeeinheit bzw. das Aufnahmebauteil übertragen werden, um so eine Geräuschabgabe von einem (voluminösem) Aufnahmebauteil zu vermindern.
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, in der:
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1 schematisch eine Vorrichtung mit Lageranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
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2 eine Anordnung zum Dämpfen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in schematischer Querschnittsansicht entlang einer axialen Richtung illustriert;
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3 eine Anordnung zum Dämpfen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in abgerollter schematischer Darstellung im Querschnitt senkrecht zu der axialen Richtung illustriert und
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4 einen Ausschnitt der Anordnung zum Dämpfen, die in 4 dargestellt ist, illustriert.
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1 illustriert in schematischer Darstellung ein Zylinderkurbelgehäuse mit Getriebe 1, welches eine Lageranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst. Das Getriebe 1 umfasst mehrere Zahnräder 3, welche in Eingriff miteinander stehen und sich jeweils mit einer Welle 5 drehen.
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Die Wellen 5 sind dabei mittels einer Lageranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gelagert, um ein Betriebsgeräusch der Zahnräder 3 in abgeschwächter Weise auf ein Gehäuse 7 des Getriebes 1 zu übertragen.
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Das Getriebe 1 umfasst weitere Bauteile, welche jedoch zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung nicht weiter beschrieben werden.
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Die Wellen 5 können zum Beispiel in Bereichen, die axial gegenüber den Bereichen verschoben sind, in denen die Zahnräder 3 vorhanden sind, durch ein Wälzlager oder ein Gleitlager gelagert sein, welches eine Dämpfungseinrichtung bzw. eine Anordnung 17 zum Dämpfen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
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2 illustriert in einer schematischen Querschnittsansicht entlang einer axialen Richtung 11, um die sich zum Beispiel eine Welle 5 drehen kann, eine Lageranordnung 9 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die eine Anordnung 17 zum Dämpfen einer akustischen Kopplung zwischen einem Aufnahmeteil 13, zum Beispiel ein Gehäuse 7 oder mit dem Gehäuse 7 verbunden, und einer sich relativ zu dem Aufnahmeteil 13 drehbaren Welle 5, umfasst.
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Die Lageranordnung 9 umfasst somit die Welle 5, ein in 2 nicht illustriertes Zahnrad 3 (welches aus der Zeichenebene heraus axial versetzt sein kann), ein Aufnahmebauteil 13, ein Lager 16 zum drehbaren Lagern der Welle 5 und eine Anordnung 17 zum Dämpfen einer mechanischen Kopplung zwischen den Welle 5 und dem Aufnahmebauteil 13.
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Die Anordnung 17 zum Dämpfen der akustischen Kopplung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfasst ein radial inneres Tragelement 19, relativ zu welchem die Welle 5 mittels des Lagers 16 drehbar gelagert ist, ein radial äußeres Tragelement 21, relativ zu welchem das Aufnahmebauteil 13 fix ist, und eine Dämpfungseinrichtung 23, welche zwischen dem radial inneren Tragelement 19 und dem radial äußeren Tragelement 21 angeordnet ist.
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Dabei weist die Dämpfungseinrichtung 23 zumindest ein flächiges Stützelement auf, wie mit Bezug auf 3 und 4 unten beschrieben ist. Das radial innere Tragelement 19 ist in der in 2 illustrierten Ausführungsform als ein äußerer Wälzlagerring 19 des Wälzlagers 16 ausgebildet, auf welchem Wälzkörper 24 abrollen. Das Wälzlager 16 umfasst ferner einen inneren Lagerring 27, auf welchem ebenfalls die Wälzkörper 24 abrollen. Das Wälzlager 16 umfasst ferner ggf. einen nicht dargestellten Käfig, in dem die Wälzkörper 25 gehalten sind. Die Welle 5 ist fest mit dem inneren Wälzlagerring 27 verbunden. Die Anordnung 17 zum Dämpfen kann auch ohne ein Wälzlager 16 oder ein anderes Gleitlager bereitgestellt und verwendet werden. Das Aufnahmebauteil 13 kann zum Beispiel Teil eines Zylinderkurbelgehäuses sein. Die Dämpfungseinrichtung 23 kann auch als Feder-Dämpfer-Element bezeichnet werden. Das radial innere Tragelement 19 kann mit oder ohne Lagerschale vorgesehen sein.
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3 zeigt, entlang einer axialen Richtung 11 gesehen, einen Teil einer zur Illustration abgerollten (das heißt von einer Zylinderform in eine geradlinige Form abgerollten) Anordnung 17 zum Dämpfen einer akustischen Kopplung zwischen einem Aufnahmebauteil 13 und einer relativ zu dem Aufnahmebauteil 13 drehbaren Welle 5 in schematischer Weise im Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung 11. Die radiale Richtung ist durch Bezugsziffer 14 und die Umfangsrichtung ist durch Bezugsziffer 15 bezeichnet. Tatsächlich hat sowohl das radial innere Tragelement 19 als auch das radial äußere Tragelement 21 eine gekrümmte Form in der Querschnittsansicht, insbesondere die Form eines Abschnitts eines Kreises bzw. Zylinders bzw. eines Vollzylinders.
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Die Dämpfungseinrichtung 23 weist mindestens ein flächiges Stützelement 25 auf, wobei in der in 3 illustrierten Ausführungsform drei Stützelemente 25 übereinander geschichtet sind (in Radialrichtung 14). Die Stützelemente 25 können zum Beispiel Federstahlringe sein bzw. aufweisen. Das Stützelement 25 kann einlagig oder auch mehrlagig ausgebildet sein. Das oder die Stützelemente 25 können wellen- oder trapezförmige Federstahlringe umfassen.
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Insbesondere kann zwischen den Stützelementen 25 (jeweils) eine Elastomer-Zwischenschicht 28 (entweder einschichtig oder mehrschichtig zwischen angrenzenden Stützelementen 25) vorgesehen sein. Elastomer 26 kann auch in einem Raum zwischen dem radial inneren Tragelement 19 und dem radial äußeren Tragelement 21 (insbesondere zu einem Tragelement 19, 21 hin) vorgesehen sein, welcher nicht durch die Stützelemente 25 ausgefüllt ist und kann somit die Stützelemente 25, insbesondere Federstahlringe, ganz oder teilweise einbetten.
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Dabei kann das Elastomer 26 innere Oberflächen des radial inneren Tragelements 19 und des radial äußeren Tragelements 21 kontaktieren und stoffschlüssig daran anhaften (zum Beispiel durch eine Klebwirkung). Der ein- oder mehrlagige Federstahlring bzw. die Stützelemente 25 können so steif bemessen sein, dass er bzw. sie unter einer Radialkraft lediglich wenige μm (zum Beispiel bis zum 10 μm) einfedern bzw. nachgeben bzw. sich verformen. Zwischen den Kontaktflächen der Tragelemente 19, 21 können Mikrobewegungen auftreten. Das Elastomer 26 bzw. die Elastomer-Schichten 28 können für eine Dämpfung sorgen, so dass Körperschallenergie, welche beispielsweise in der Welle 5 aufgrund der Zahnradgeräusche übertragen wird, abgebaut bzw. vermindert auf das Aufnahmebauteil 13 übertragen wird.
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Wie aus 3 ersichtlich ist, haben die Stützelemente 25 in der Querschnittsansicht eine Wellenform, wobei insbesondere eine Radialposition eines betrachteten Stützelements 25 entlang der Umfangsrichtung 15 oszilliert, so dass äußere Radialpositionen mit inneren Radialpositionen abwechseln und ein Abstand zwischen äußeren bzw. inneren Radialpositionen einer Periode P entspricht. Die radiale Durchmesserposition einer betrachteten Stahlfeder 25 oszilliert somit zwischen einem äußeren Maximalwert und einem inneren Minimalwert.
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4 zeigt eine Ausschnittdarstellung von 3. Ein Neigungswinkel α zwischen der Umfangsrichtung 15 und der Erstreckungsrichtung 29 bei einer Umfangsposition u1 kann zum Beispiel zwischen 20° und 80° betragen. Ein Winkel β zwischen der Umfangsrichtung 15 und der Erstreckungsrichtung 31 bei einer Umfangsposition u2 kann zum Beispiel –20° bis –80° betragen. u2–u1 kann z.B. eine halbe Periode, d.h. P/2, betragen. Die Neigungswinkel α und β können vom Betrage her gleich oder verschieden sein. Es kann z.B. α = –β gelten.
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Die Neigungswinkel α und β können in Übereinstimmung mit einer gewünschten Federsteife, Mikrogleiten und Dämpfung und abhängig von der Anwendung eingestellt werden.
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An den Kontaktflächen zu den Tragelementen 19 und 21 können die Stützelemente 25 bzw. die Federstahlringe abgeflacht sein. Die Kontaktbereiche 33, in welchen die Stützelemente 25 in Kontakt mit den Tragelementen 19 und 21 kommen, können zum Beispiel eine Ausdehnung in Umfangsrichtung von 0,1 mm bis 1 mm aufweisen. Eine Erstreckungsrichtung der Stützelemente 25 innerhalb dieser Kontaktbereiche 33 kann dabei im Wesentlichen entlang der Umfangsrichtung 15 liegen bzw. von dieser Umfangsrichtung 15 um weniger als 10 °, insbesondere weniger als 5 °, abweichen. Die Abflachung der Stützelemente 25 in den Kontaktbereichen 33 kann verhindern, dass Punkt- oder Linienlasten entstehen sondern stattdessen Flächenlasten. Dadurch kann das Tragverhalten unter Radialkraftverträglichkeit weiter gesteigert werden. Die Stützelemente 25 können alternativ auch teilweise trapezförmig und/oder dreiecksförmig (z.B. mit abgerundeten bzw. abgeflachten Kanten) gebildet sein. Eine radiale Dicke D der Dämpfungseinrichtung 23 kann zum Beispiel zwischen 1 mm und 10 mm betragen. Die Dicke d eines Stützelements 25 kann zum Beispiel zwischen 0,1 mm und 1 mm betragen.
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Ausführungsformen der Erfindung können den zunächst durch Aneinanderschlagen der Zähne von Zahnrädern hervorgerufenen Körperschall an der Übergangsstelle von der Zahnradnabe zur angrenzenden Kurbelgehäusestruktur oder einer anderen Aufnahmestruktur entkoppeln bzw. abgeschwächt übertragen. Dazu kann ein wellen- oder trapezförmiges Federstahl-Sandwichblech mit Elastomer-Zwischenlagen beitragen, welches wiederum als Halbschale oder Ring zwischen der eigentlichen Lagerschale und einer äußeren Stützschale eingebettet sein kann. Das Federstahl-Sandwichblech kann als Verbundlagerschale im Kurbelgehäuse montiert sein. Durch die Art des Aufbaus können vielfältige Möglichkeiten eröffnet sein, mit denen auf die Entkopplung bzw. teilweise Entkopplung des Körperschalls Einfluss übernommen werden kann. Hierzu zählt zum Beispiel die Wahl der Federstahlsorte, die Wahl der Dicke der Bleche, die Wahl der Anzahl der Sandwich-Schichten, die Art des Elastomers, die Anzahl, Größe und Form der Wellen, der Schrägungswinkel der Erstreckungsrichtungen, unsymmetrische Verteilung der Wellen, Oberflächeneigenschaften an den Kontaktflächen des Sandwichblechs zu den Tragschalen bzw. Tragelementen und vieles mehr.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können auch bei Zahnflankenspiel-Aufweitungen (zum Beispiel bei Verwendung verschiedener Materialien mit verschiedenen Wärmeausdehnungskoeffizienten) wirken. Mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird eine erhöhte Reibleistung bzw. Reibwirkung vermieden, wie sie bei der Verwendung von Verspannrädern auftreten kann.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können für alle Antriebssysteme mit Zahnradantrieben eingesetzt werden. Bei höher belastete Wellen ist die Formstabilität der Federstahleinlage entsprechend einzustellen.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können bei Drehlagerungssysteme eingesetzt werden, in denen Körperschall-Übertragungswege bestehen und deren Radiallagerlasten die Belastbarkeitsgrenzen der Federstahleinlage nicht übersteigen,.
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Die „gewellten Bleche“ der Dämpfungsanordnung müssen nicht nur aus Metall, sondern können auch aus Kunststoff (hart) und/oder als Paket auch aus Blech/Kunststoff gebildet sein. Unterschiedliche Elastomere/Dämpfungsschichten können kombiniert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Getriebe
- 3
- Zahnrad
- 5
- Welle
- 7
- Gehäuse
- 9
- Lageranordnung
- 11
- axiale Richtung
- 13
- Aufnahmebauteil
- 14
- radiale Richtung
- 15
- Umfangsrichtung
- 16
- Lager,
- 17
- Anordnung zum Dämpfen
- 19
- radial inneres Tragelement
- 21
- radial äußeres Tragelement
- 23
- Dämpfungseinrichtung
- 24
- Wälzkörper
- 25
- Stützelement (Federstahlring)
- 26
- Elastomer
- 27
- innerer Lagerring
- 28
- Elastomer-Schicht
- 29
- Erstreckungsrichtung
- 31
- Erstreckungsrichtung
- 33
- Kontaktbereich
- D
- Dicke der Dämpfungseinrichtung
- d
- Dicke des Stützelements
- P
- Periode
- u1
- Umfangsposition
- u2
- Umfangsposition
- α
- Neigungswinkel
- β
- Neigungswinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2003/0012467 A1 [0005]
