DE102016001507A1

DE102016001507A1 - Schwingungstilger

Info

Publication number: DE102016001507A1
Application number: DE102016001507.1A
Authority: DE
Inventors: Jörg Ditzel; Sebastian Bös
Original assignee: Anvis Deutschland GmbH
Current assignee: Anvis Deutschland GmbH
Priority date: 2016-02-10
Filing date: 2016-02-10
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2036-02-11
Also published as: US10145442B2; JP6683637B2; CN107061602A; DE102016001507B4; JP2017141957A; CN107061602B; US20170227084A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungstilger (1) mit radial wirkender hydraulischer Dämpfung, umfassend: einen Lagerkern (2); einen den Lagerkern (2) radial umgebenden Lagerkäfig (4); einen den Lagerkern (2) und den Lagerkäfig (4) federnd verbindenden Elastomerkörper (18); und eine den Elastomerkörper (18) radial umgebende Außenhülse (24) zum Verbinden mit einer Tilgermasse (40); wobei zumindest zwei mit einem Dämpfungsfluid zu füllende Arbeitskammern (28) im Elastomerkörper (18) ausgebildet sind, wobei die Arbeitskammern (28) über einen formstabilen Fluidkanal (26) miteinander fluidisch verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungstilger mit einer zur axialen Befestigung radial wirkenden hydraulischen Dämpfung.
Resonanzschwingungen von Strukturen und Bauteilen, beispielsweise in Kraftfahrzeugen, werden mit Schwingungstilgern gedämpft, die üblicherweise als gedämpftes Feder-Masse-System ausgebildet sind. Bei Einsatz eines solchen Schwingungstilgers entstehen jedoch unter- und oberhalb der Resonanzfrequenz Überhöhungen (Seitenbänder), die mittels einer entsprechend ausgelegten Dämpfung reduziert werden müssen.
Bekannte, radial wirkende Schwingungstilger stellen diese Dämpfung durch Füllstoffe in der Elastomermischung bereit. Gefüllte Elastomere haben jedoch die Eigenschaft, auf unterschiedliche Anregungsamplituden mit unterschiedlicher Steifigkeit zu reagieren. Dieser, auch „Payne-Effekt” genannte, Effekt bedingt, dass konventionelle radiale Schwingungstilger nur in einem schmalen Anregungsband zufriedenstellende Wirkung zeigen.
Weiterhin sind axial wirkende, hydraulische Schwingungstilger bekannt, die jedoch auf Grund ihrer konstruktiven Auslegung nur sehr geringe Fertigungstoleranzen zulassen. Diese Schwingungstilger sind nicht in Radialrichtung wirkend.
Weiter sind aus dem Stand der Technik radial wirkende Schwingungstilger bekannt, die mittels einer Flüssigkeit in einem Ringspalt bei Auslenkung eine Dämpfungswirkung besitzen. Bislang konnte noch kein Schwingungstilger mit radial wirkender hydraulischer Dämpfung bereitgestellt werden, der zufriedenstellende Eigenschaften hinsichtlich der Einstellbarkeit der Dämpfungscharakteristik, der Herstellbarkeit sowie der Lebensdauer aufweist. Insbesondere stellt die Einstellbarkeit der Dämpfungscharakteristik eine Herausforderung dar, wie auch die Herstellung und die Lebensdauer des Schwingungstilgers.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen radial wirkenden Schwingungstilger mit verbesserten Eigenschaften insbesondere im Hinblick auf die Einstellbarkeit und Konstanz der Dämpfungscharakteristik bei unterschiedlichen Amplituden, eine gute Herstellbarkeit und eine hohe Lebensdauer bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Schwingungstilger mit radial wirkender hydraulischer Dämpfung bereitgestellt, umfassend: (i) einen Lagerkern; (ii) einen den Lagerkern radial umgebenden Lagerkäfig; (iii) einen den Lagerkern und den Lagerkäfig federnd verbindenden Elastomerkörper; und (iv) eine den Elastomerkörper radial umgebende Außenhülse zum Verbinden mit einer Tilgermasse; wobei zumindest zwei mit einem Fluidfluid gefüllte bzw. zu füllende Arbeitskammern im Elastomerkörper ausgebildet sind, und wobei die Arbeitskammern über einen formstabilen Fluidkanal miteinander fluidisch verbunden sind.
Vorteilhafterweise wird durch die Position und Gestaltung des formstabilen Fluidkanals eine präzise Einstellung der Dämpfungscharakteristik des Schwingungstilgers ermöglicht. Insbesondere verformt sich der Fluidkanal auch nicht bei hohen Drücken. Weiter vorteilhaft ist, dass der Schwingungstilger einfach herstellbar ist und eine hohe Lebensdauer aufweist.
Bei dem Schwingungstilger kann es sich um einen Schwingungstilger für den Einsatz in einem Fahrzeug, beispielsweise zur Montage an ein Hinterachsgetriebe, Hinterachsträger, Hilfsrahmen oder Fahrwerksbautel handeln. Insbesondere handelt es sich bei dem Schwingungstilger um einen Einmassen-Schwingungstilger. Bei dem Schwingungstilger handelt es sich nicht um ein Lager, wie zum Beispiel eine Fahrwerksbuchse, die Bauteile verbindet und definierte kinematische Bewegungen der Bauteile zueinander zulassen soll. Ein Schwingungstilger ist zum Verbinden mit einer frei schwingenden Tilgermasse ausgebildet bzw. umfasst eine solche, wobei der Schwingungstilger über eine Schnittstelle, in der Regel dem Lagerkern, fest mit einer zu bedämpfenden Struktur verbunden ist. Mit „radial wirkender hydraulischer Dämpfung” ist gemeint, dass der Schwingungstilger derart ausgebildet ist, dass die Tilgermasse relativ zum Lagerkern quer, d. h. in radialer Richtung, ausgelenkt wird und schwingt, und bei dieser radialen Schwingungsbewegung eine hydraulische Dämpfung im Schwingungstilger erzeugt wird. Der Lagerkern ist starr mit der zu bedämpfenden Struktur z. B. durch eine Schraubverbindung verbunden.
Der Lagerkern ist konzentrisch zu dem Lagerkäfig, der Außenhülse und der Tilgermasse angeordnet. Der Lagerkern ist vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und ist vorzugsweise aus einem festen Material, beispielsweise Metall, wie Stahl oder Aluminium, oder Kunststoff ausgebildet. Der Lagerkern kann eine mittig angeordnete, axiale Bohrung bzw. Ausnehmung zum Montieren des Schwingungstilgers aufweisen. Der Lagerkern kann zusätzlich zu der axialen Bohrung eine dazu konzentrisch angeordnete axiale Vertiefung zur Aufnahme eines Schraubenkopfes einer Montageschraube aufweisen, wodurch der benötigte Bauraum für den Schwingungstilger verkleinert werden kann.
Die Außenkontur des Lagerkäfigs ist ebenfalls vorzugsweise im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet. Der Lagerkäfig kann an seinen axialen Enden jeweils einen ringförmigen Abschnitt aufweisen, wobei die zwei ringförmigen Abschnitte über Stege miteinander verbunden sind. Die Stege können die Fluidkanal- und/oder Anlage-Segmentstützen ausbilden, die nachstehend beschrieben werden. Vorzugsweise besteht der Lagerkäfig aus einem festen Material, wie Aluminium, Stahl oder Kunststoff. Besonders bevorzugt wird der Lagerkäfig im Aluminium-Druckguss hergestellt. An seinen axialen Enden weist der Lagerkäfig vorzugsweise jeweils eine umlaufende, in radialer Richtung vorstehende Dichtlippe auf, um eine verbesserte Abdichtung mit der Außenhülse zu gewährleisten. Die Dichtlippe kann einteilig mit dem Elastomerkörper ausgebildet sein bzw. Teil davon bilden. Der Lagerkäfig, der Elastomerkörper und die Außenhülse können im Wesentlichen dieselbe axiale Längenerstreckung aufweisen. Elastomerkörper und Lagerkäfig sind vorzugsweise durch Vulkanisation miteinander verbunden.
Da die Dämpfung hydraulisch bereitgestellt wird, kann der Elastomerkörper aus einem niedrig gefüllten, also einem niedrig dämpfenden, Elastomer hergestellt werden. Der Elastomerkörper stellt im Wesentlichen lediglich die Federkräfte des Schwingungstilgers bereit. Niedrig gefüllte Elastomermischungen weisen vorteilhafterweise einen geringen Payne-Effekt auf, d. h. geringe amplitudenabhängige Steifigkeitsänderungen, auf. Vorzugsweise wird eine Elastomermischung gewählt, bei der der Verlustwinkel des Schwingungstilgers ohne hydraulische Dämpfung kleiner ist als 8°. Die Elastomermischung weist weiter vorzugsweise eine geringe dynamische Verhärtung auf, beispielsweise einen Verhärtungsfaktor K_dyn/K_stat von unter 1,8. Vorzugsweise sind Lagerkern und Lagerkäfig in dem Elastomerkörper eingebettet. Besonders vorzugsweise ist der Elastomerkörper um den Lagerkern und den Lagerkäfig umspritzt. Vorzugsweise ist der Lagerkäfig vollständig im Elastomerkörper eingebettet. Insbesondere ist die radiale Außenfläche des Lagerkäfigs vollständig mit elastomerem Material des Elastomerkörpers bedeckt. Die radiale Außenfläche des Lagerkerns kann ebenfalls vollständig mit dem elastomeren Material des Elastomerkörpers bedeckt sein. Die axialen Stirnflächen des Lagerkerns können jedoch zumindest teilweise frei von elastomerem Material sein.
Der Elastomerkörper bildet eine Elastomerfeder zwischen Lagerkern und Lagerkäfig aus, welcher radiale und axiale Kräfte aufnehmen kann. Des Weiteren sind zumindest zwei mit einem Dämpfungsfluid zu füllende, insbesondere fluiddichte, Arbeitskammern in dem Elastomerkörper ausgebildet. Das Dämpfungsfluid kann Teil des beanspruchten Schwingungstilgers darstellen. Das Dämpfungsfluid kann beispielsweise Glykol sein. In axialer Richtung sind die Arbeitskammern durch axial versetzt angeordnete Membrane, die Teil des Elastomerkörpers sind, begrenzt bzw. verschlossen. Die Membrane stellen ebenfalls Teil der Elastomerfeder dar. Die Membrane können sich im Querschnitt im Wesentlichen S-förmig oder bogenförmig vom Lagerkern zum Lagerkäfig erstrecken. Durch die S-förmige Ausbildung der Membrane kann die radiale Steifigkeit des Schwingungstilgers herabgesetzt werden. Die bogenförmige Ausbildung der Membrane erhöht die radiale Steifigkeit des Schwingungstilgers gegenüber der S-förmigen Ausbildung.
Dass der Fluidkanal formstabil ausgebildet ist bedeutet, dass dieser im Wesentlichen starr ausgebildet ist und sich auch bei hohen Innendrücken im Wesentlichen nicht verformt. Die Formstabilität des Fluidkanals kann beispielsweise durch eine geeignete Materialauswahl erreicht werden. Der Fluidkanal kann im Lagerkäfig, im Elastomerkörper und/oder im Lagerkern ausgebildet sein. Der Fluidkanal kann mit beliebiger Querschnittsform realisiert werden.
Vorzugsweise umfasst der Schwingungstilger weiter eine Fluidkanal-Segmentstütze, welche den Fluidkanal stützt.
Die Fluidkanal-Segmentstütze kann den Fluidkanal in einer Richtung oder in mehreren Richtungen quer zur Strömungsrichtung des Fluidkanals zwischen den Arbeitskammern stützen. Insbesondere kann die Fluidkanal-Segmentstütze den Fluidkanal in radialer Richtung nach innen und/oder nach außen stützen. „Stützen” bedeutet hierbei, dass einer Verformung des Fluidkanals aufgrund von Krafteinwirkung entgegengewirkt wird. Die Fluidkanal-Segmentstütze kann des Weiteren auch den Fluidkanal in einer oder in beiden axialen Richtungen stützen. Die Fluidkanal-Segmentstütze ist aus einem steiferen und festeren Material ausgebildet als das Material des Elastomerkörpers. Die Fluidkanal-Segmentstütze kann mit dem Material des Elastomerkörpers bedeckt sein. Die Fluidkanal-Segmentstütze kann im bzw. am Lagerkäfig und/oder im bzw. am Lagerkern ausgebildet sein. Die Fluidkanal-Segmentstütze kann auch als separates Bauteil in dem Elastomerkörper eingebettet sein.
Vorzugsweise weisen die zwei Arbeitskammern jeweils zumindest eine radiale Kammeröffnung auf, wobei die zwei Kammeröffnungen nach außen in radialer Richtung durch die Außenhülse begrenzt sind, wobei die Fluidkanal-Segmentstütze an bzw. in dem Lagerkäfig ausgebildet ist, und wobei die Fluidkanal-Segmentstütze den Fluidkanal zumindest in einer radialen Richtung stützt.
Das heißt, in radialer Richtung weist jede Arbeitskammer zumindest eine Kammeröffnung auf, die im montierten Zustand des Schwingungstilgers durch die Außenhülse verschlossen bzw. begrenzt ist. Die Arbeitskammern sind auf gegenüberliegenden radialen Seiten des Lagerkerns ausgebildet, so dass durch eine Verlagerung des Lagerkerns relativ zum Lagerkäfig das Volumen der einen Arbeitskammer verkleinert, und das Volumen der anderen Arbeitskammer vergrößert wird. Der Elastomerkörper ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die Federsteifigkeit für eine bestimmte Verlagerungsrichtung des Lagerkerns relativ zum Lagerkäfig ein Minimum einnimmt. Diese Richtung stellt die Vorzugsrichtung des Schwingungstilgers dar. Die Vorzugsrichtung ist so gewählt, dass eine Verlagerung des Lagerkerns in Vorzugsrichtung relativ zum Lagerkäfig eine möglichst große Volumenänderung in den Arbeitskammern hervorruft. Der Elastomerkörper ist vorzugsweise im Hinblick auf die Arbeitskammern spiegelsymmetrisch ausgebildet. Die Vorzugsrichtung ist also vorzugsweise senkrecht zu der Symmetrieebene zwischen den zwei Arbeitskammern. Da Lagerkern und Lagerkäfig bzw. Lagerkern und Tilgermasse schwingende Bewegungen zueinander ausführen, ist mit Verlagerungsrichtung eine Bewegungsachse gemeint, entlang der sich die Bauteile vorzugsweise oszillierend, d. h. hin und her zueinander, bewegen.
Der Fluidkanal kann radial außen am Lagerkäfig bzw. am Elastomerkörper ausgebildet sein und sich zwischen den zwei Arbeitskammern, also zwischen den Kammeröffnungen der jeweiligen Arbeitskammern, in Umfangsrichtung erstrecken. In anderen Worten können die Kammeröffnungen der jeweiligen Arbeitskammern über den Fluidkanal miteinander fluidisch verbunden sein. Der Fluidkanal kann nach außen in radialer Richtung durch die Außenhülse begrenzt sein. Wichtig ist, dass der Fluidkanal formstabil bzw. starr ausgebildet ist, d. h. sich sein Volumen unter Druck des Dämpfungsfluids oder durch die Bewegungen des Elastomerkörpers nicht verändert. Das Dämpfungsfluid fließt bzw. strömt von der Kammeröffnung der einen Arbeitskammer in Umfangsrichtung entlang der radialen Außenfläche des Lagerkäfigs bzw. des Elastomerkörpers zu der Kammeröffnung der anderen Arbeitskammer. Der Fluidkanal kann also entlang seiner Längsrichtung gekrümmt sein. Es ist auch denkbar, dass sich der Fluidkanal als Ausnehmung bzw. Bohrung durch den Elastomerkörper oder entlang der Außenfläche des Lagerkerns erstreckt. Beim strömen des Dämpfungsfluids von der einen Arbeitskammer in die andere Arbeitskammer über den Fluidkanal wird eine Dämpfung erzeugt. Der Fluidkanal kann daher auch als Dämpfungskanal bezeichnet werden. Der Fluidkanal ist vorzugsweise an einer Umfangsposition des Lagerkäfigs bzw. des Elastomerkörpers angeordnet, welcher vorzugsweise um etwa 90° versetzt ist zu der Vorzugsrichtung des Schwingungstilgers.
Der Fluidkanal ist vorzugsweise als Plateau-Kanal, also flach, breit und kurz ausgebildet, wodurch die gewünschten Dämpfungseigenschaften des Schwingungstilgers eingestellt werden können, d. h. eine im Vergleich zum Arbeitsbereich des Schwingungstilgers höhere Eigenfrequenz des hydraulischen Systems erreicht wird. Als Arbeitsbereich des Schwingungstilgers wird derjenige Frequenzbereich definiert, in dem die Resonanzfrequenz des Schwingungstilgers liegt, die von der Tilgermasse und der Steifigkeit des Elastomerkörpers abhängt. Insbesondere kann der Fluidkanal ohne Umlenkungen oder Ähnlichem ausgebildet sein. Beispielsweise kann der Fluidkanal eine Höhe, also eine Erstreckung in radialer Richtung, von etwa 1 mm bis etwa 3 mm, beispielsweise etwa 2 mm aufweisen. Der Fluidkanal kann eine Breite, also eine Erstreckung in axialer Richtung, von etwa 10 mm bis etwa 30 mm, beispielsweise etwa 20 mm aufweisen. Die Länge des Fluidkanals, also die Erstreckung in Umfangsrichtung, kann etwa 10 mm bis etwa 30 mm, beispielsweise etwa 20 mm betragen. Der Lagerkäfig kann einen Durchmesser von etwa 50 mm bis etwa 90 mm, beispielsweise etwa 70 mm aufweisen. Die axiale Länge des Lagerkäfigs kann etwa 20 mm bis etwa 40 mm, beispielsweise etwa 30 mm betragen. Die Dimensionen des Elastomerkörpers, welcher um den Lagerkäfig gespritzt ist, sind nur unwesentlich größer als die Dimensionen des Lagerkäfigs. Die Materialdicke des Elastomerkörpers an den Außenflächen des Lagerkäfigs kann etwa 1,0 mm betragen. Die axiale Länge der Außenhülse entspricht etwa der axialen Länge des Elastomerkörpers. Die Außenhülse kann aus einem festen Material, wie Stahl, Aluminium oder Kunststoff ausgebildet sein, und kann eine Materialdicke von etwa 0,5 mm bis 4 mm aufweisen. Der Lagerkern kann einen Durchmesser von etwa 30 mm bis etwa 50 mm, beispielsweise etwa 40 mm aufweisen. Die axiale Länge des Lagerkerns kann etwa 17 mm bis etwa 37 mm, beispielsweise etwa 27 mm betragen.
Im Fluidkanal können Strömungselemente angeordnet bzw. ausgebildet sein, um das Strömungsverhalten des Dämpfungsfluids und damit die Dämpfungseigenschaften des Schwingungstilgers einzustellen. Die Strömungskanäle können als Rillen, Rinnen und/oder Vorsprünge ausgebildet sein, die im Elastomerkörper und/oder in der Fluidkanal-Segmentstütze des Lagerkäfigs ausgebildet sind, und die sich in Umfangsrichtung und/oder Axialrichtung des Elastomerkörpers bzw. Lagerkäfigs erstrecken.
Die Außenhülse ist verbindbar mit der Tilgermasse. Die Außenhülse kann aus Metall, wie beispielsweise Stahl oder Aluminium, oder aus Kunststoff ausgebildet sein. Die Außenhülse kann zum Verbinden mit dem Elastomerkörper in Axialrichtung über den Elastomerkörper geschoben werden. Zur Fixierung der Außenhülse an dem Elastomerkörper und zur fluid-dichten Abdichtung kann die Außenhülse verrollt, vercrimpt oder verbördelt werden. Zur Einstellung des Innendrucks im geschlossenen Schwingungstilger kann der Außendurchmesser und/oder die axiale Länge der Außenhülse während der Montage kalibriert werden. Zum Verbinden der Außenhülse mit der Tilgermasse kann die Außenhülse in eine entsprechend ausgeformte, vorzugsweise zylindrische Aufnahme-Ausnehmung in der Tilgermasse eingepresst werden. Die Außenhülse kann auch in der Aufnahme-Ausnehmung der Tilgermasse verklebt, vercrimpt, verklemmt oder verschweißt werden. Die Aufnahme-Ausnehmung kann lediglich einseitig offen sein, wobei in der Aufnahme-Ausnehmung eine weitere mittig angeordnete, axial durchgehende Montage-Bohrung bzw. -Ausnehmung mit reduziertem Durchmesser ausgebildet sein kann, um den Schwingungstilger mittels einer Schraube an eine zu bedämpfende Struktur montieren zu können. Die Außenhülse und die Tilgermasse können auch einteilig ausgebildet sein bzw. in einem Bauteil realisiert sein. In anderen Worten kann auf die Außenhülse als separates Bauteil verzichtet werden, und die Aufnahme-Ausnehmung der Tilgermasse kann die Aufgabe der Außenhülse übernehmen. Die Tilgermasse kann Teil des Schwingungstilgers sein. Als Tilgermasse kann beispielsweise ein vorhandenes Bauteil, das frei schwingen kann, oder ein zusätzliches Massebauteil aus Metall, z. B. Stahl, verwendet werden.
Die Fluidkanal-Segmentstütze stützt den Fluidkanal vorzugsweise nach innen in radialer Richtung, d. h. die Fluidkanal-Segmentstütze stützt den radial innenliegenden Kanalboden des Fluidkanals. Somit ist ein formstabiler bzw. starrer Fluidkanal gewährleistet. Radial nach außen kann der Fluidkanal durch die Außenhülse begrenzt sein, so dass die Formstabilität des Fluidkanals radial nach Außen durch die Außenhülse gewährleistet werden kann. Die Breite und Länge der Fluidkanal-Segmentstütze entspricht etwa der Breite und Länge des Fluidkanals. Die Fluidkanal-Segmentstütze kann eine Breite, also eine Erstreckung in axialer Richtung, von etwa 10 mm bis etwa 30 mm, beispielsweise etwa 20 mm aufweisen. Die Länge der Fluidkanal-Segmentstütze, also die Erstreckung in Umfangsrichtung, kann etwa 10 mm bis etwa 30 mm, beispielsweise etwa 20 mm betragen. In axialer Richtung kann der Fluidkanal durch die Innenseiten der ringförmigen Abschnitte des Lagerkäfigs gestützt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Fluidkanal in axialer Richtung durch eine umbördelte Außenhülse gestützt sein.
Die Fluidkanal-Segmentstütze kann durchgehend ausgebildet sein, kann aber auch Ausnehmungen, wie Löcher und Schlitze, aufweisen. Beispielsweise kann die Fluidkanal-Segmentstütze eine Vielzahl von sich im Lagerkäfig in Axialrichtung erstreckenden Streben aufweisen, welche zusammen die Fluidkanal-Segmentstütze ausbilden. Vorzugsweise ist die radiale Außenfläche der Fluidkanal-Segmentstütze mit elastomerem Material des Elastomerkörpers bedeckt. Im Bereich der Fluidkanal-Segmentstütze ist die Materialdicke des elastomeren Materials jedoch vorzugsweise dünn bzw. hautförmig ausgebildet. Hierdurch kann eine Verformung des Fluidkanals auch bei hohen Drücken wirksam verhindert werden, wodurch sich die Strömungs- bzw. Dämpfungseigenschaften besonders gut einstellen lassen. Im Bereich der Fluidkanal-Segmentstütze kann die Dicke des elastomeren Materials weniger als etwa 3 mm betragen. Im Bereich des Fluidkanals bzw. der Fluidkanal-Segmentstütze kann die radiale Außenfläche des Lagerkäfigs jedoch auch im Wesentlichen frei von elastomerem Material sein. Umgekehrt kann durch eine gezielt eingestellte Dicke und Form des elastomeren Materials im Bereich der Fluidkanal-Segmentstütze gezielt eine Verformung bei hohen Drücken vorgesehen werden, um z. B. impulshafte Druckspitzen abzubauen.
Vorzugsweise weisen die zwei Arbeitskammern jeweils zwei radiale Kammeröffnungen auf und der Schwingungstilger zwei Fluidkanäle auf, wobei die Arbeitskammern über die zwei Fluidkanäle miteinander fluidisch verbunden sind, wobei der Lagerkäfig zwei Fluidkanal-Segmentstützen aufweist, die jeweils einen der Fluidkanäle in einer radialen Richtung stützen, und wobei die Fluidkanäle vorzugsweise diametral angeordnet sind.
Das vorstehend zu den Kammeröffnungen, dem Fluidkanal und der Fluidkanal-Segmentstütze Erläuterte gilt entsprechend für beide Fluidkanäle und beide Fluidkanal-Segmentstützen. „Diametral angeordnet” bedeutet hierbei, dass die Fluidkanäle um etwa 180° versetzt am Außenumfang des Lagerkäfigs bzw. des Elastomerkörpers ausgebildet sind. Entsprechend sind auch die Fluidkanal-Segmentstützen vorzugsweise diametral angeordnet.
Vorzugsweise weist der Lagerkäfig zwei diametral angeordnete Anlage-Segmentstützen auf, die jeweils einen Anlagebereich des Elastomerkörpers zur Außenhülse stützen, wobei die Anlage-Segmentstützen um etwa 90° versetzt zu der Fluidkanal-Segmentstütze angeordnet sind, und wobei die Fluidkanal-Segmentstütze vorzugsweise relativ zu den Anlage-Segmentstützen radial nach innen versetzt angeordnet ist.
Insbesondere können die Anlage-Segmentstützen um etwa 90° versetzt zu beiden Fluidkanal-Segmentstützen angeordnet sein, und beide Fluidkanal-Segmentstützen können relativ zu den Anlage-Segmentstützen radial nach innen versetzt angeordnet sein.
In den Anlagebereichen liegt der Elastomerkörper im Wesentlichen an der Innenfläche der Außenhülse an, so dass dort besonders gut Kräfte von dem Lagerkern über den Elastomerkörper und den Lagerkäfig an die Außenhülse und an die Tilgermasse übertragen werden können, und umgekehrt. Die Anlagebereiche des Elastomerkörpers können jeweils zwischen den zwei Kammeröffnungen einer Arbeitskammer angeordnet sein. Vorzugsweise verläuft die Vorzugsrichtung des Schwingungstilgers jeweils mittig durch die Anlagebereiche bzw. Anlage-Segmentstützen. Die Längserstreckung der Anlage-Segmentstützen in Umfangsrichtung des Lagerkäfigs bzw. des Elastomerkörpers kann jeweils etwa der Längserstreckung der Anlagebereiche entsprechen bzw. etwas kürzer sein. Die Anlage-Segmentstützen können durchgehend ausgebildet sein, können aber auch Ausnehmungen, wie Löcher und Schlitze, aufweisen. Beispielsweise können die Anlage-Segmentstützen jeweils eine Vielzahl von sich im Lagerkäfig in Axialrichtung erstreckende Verbindungselemente, wie beispielsweise balken- oder stabförmige Streben, aufweisen, welche zusammen eine Anlage-Segmentstütze ausbilden.
In den Bereichen der Anlage-Segmentstützen ist die Materialdicke des elastomeren Materials des Elastomerkörpers vorzugsweise dünn bzw. hautförmig ausgebildet. Hierdurch können besonders gut Kräfte von dem Lagerkern über den Elastomerkörper und den Lagerkäfig an die Außenhülse und an die Tilgermasse übertragen werden, und umgekehrt. Dadurch lassen sich wiederum die Schwingungseigenschaften des Schwingungstilgers über die Federsteifigkeit der Anbindung gut einstellen. Im Bereich der Anlage-Segmentstützen kann die Dicke des elastomeren Materials etwa 0,2 mm bis etwa 2 mm, vorzugsweise etwa 0,5 mm betragen. Die Materialdicke des elastomeren Materials im Bereich der Fluidkanal-Segmentstütze(n) und im Bereich der Anlage-Segmenstützen kann im Wesentlichen gleich eingestellt werden. Die Fluidkanal-Segmentstütze(n) können in diesem Fall im Wesentlichen um die Höhe des Fluidkanals radial nach innen versetzt sein. „Radial nach innen versetzt” bedeutet, dass die Fluidkanal-Segmentstütze(n) verglichen zu den Anlage-Segmentstützen in radialer Richtung weiter innen angeordnet sind.
Vorzugsweise weist der Fluidkanal ein Verhältnis von Höhe zu Breite von etwa 1:20 bis etwa 1:5, vorzugsweise etwa 1:10 auf.
Vorzugsweise erstreckt sich der Fluidkanal entlang eines Winkelbereichs von etwa 20° bis etwa 45°, vorzugsweise etwa 35°.
Vorzugsweise ist die Resonanz des Fluidsystems, d. h. des hydraulischen Dämpfungssystems, über dem 1,5-fachen der Tilgereigenfrequenz eingestellt.
Die Resonanz des Fluidsystems bzw. des hydraulischen Dämpfungssystems, also die Frequenz, bei der die stärkste Dämpfung durch das Dämpfungsfluid in dem Fluidkanal bzw. in den Fluidkanälen erzeugt wird, kann durch die Konfiguration des Fluidkanals, der Art des verwendeten Dämpfungsfluids und/oder dem durch eine Kalibrierung der Außenhülse dauerhaft eingestellten statischen Innendruck des Dämpfungsfluids eingestellt werden. Insbesondere die Konfiguration des Fluidkanals ist für die Resonanz des Fluidsystems bestimmend, wobei durch die flachen, breiten und kurzen Fluidkanäle die Resonanz des Fluidsystems besonders einfach und präzise in den hochfrequenten Bereich einstellbar ist. Die Tilgereigenfrequenz wird insbesondere durch die Federsteifigkeit des Elastomerkörpers und den schwingenden Massen, insbesondere der Tilgermasse, bestimmt.
Der Schwingungstilger ist also vorzugsweise derart eingestellt, dass die Frequenz des absoluten Dämpfungsmaximums mindestens über dem 1,5-fachen der Tilgereigenfrequenz liegt. Die Tilgereigenfrequenz ist die Eigenfrequenz des Schwingungssystems, die durch die Tilgermasse und die Steifigkeit des Elastomerkörpers resultiert. Es wird im Arbeitsbereich des Schwingungstilgers also die Dämpfung im vorprogressiven Bereich genutzt, was für die Abstimmung des Schwingungstilgers vorteilhaft ist. Die Schwingungs- und Dämpfungscharakteristik eines beispielhaften Schwingungstilgers ist in 11 dargestellt. 11 zeigt einen Graphen, in dem einerseits die dynamische Steifigkeit C_dyn und andererseits der Verlustwinkel θ in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz dargestellt sind. Der Arbeitsbereich des Schwingungstilgers liegt im vorprogressiven Bereich. Hier unterscheidet sich der Schwingungstilger stark von einem Fahrzwerks-Lager in Form einer hydraulischen Fahrwerksbuchse, die gerade so abgestimmt wird, dass das Dämpfungsmaximum bei der Kanalresonanz ausgenutzt wird und bei der eine niedrige dynamische Steifigkeit angestrebt wird. Bei einer hydraulischen Fahrwerksbuchse wird der Kanal hierzu möglichst lang (beispielsweise etwa 200 mm) und mit einem schmalen und tiefen Querschnitt (beispielsweise 4 mm × 4 mm) ausgeführt, entgegen dem Fluidkanal des vorliegenden Schwingungstilgers. Die Schwingungs- und Dämpfungscharakteristik einer herkömmlichen hydraulischen Fahrwerksbuchse ist in 12 dargestellt. 12 zeigt analog zu 11 einen Graphen, in dem einerseits die dynamische Steifigkeit C_dyn und andererseits der Verlustwinkel θ in Abhängigkeit von der Anregungsfrequenz dargestellt sind. Der Arbeitsbereich der Fahrwerksbuchse liegt im progressiven Bereich.
Vorzugsweise weist der Lagerkern und/oder der Lagerkäfig einen Anschlagsvorsprung auf, der eine relative Verlagerungsmenge von Lagerkern und Lagerkäfig zueinander zumindest in einer radialen Richtung begrenzt.
Vorteilhafterweise kann durch den Anschlagsvorsprung auf einfache Weise die Lebensdauer des Schwingungstilgers erhöht werden, da die Dehnungsamplituden minimiert werden. Ferner kann hierdurch der benötigte Bauraum für den Schwingungstilger verkleinert werden. Der Anschlagsvorsprung steht radial nach außen von dem Lagerkern und/oder radial nach innen von dem Lagerkäfig vor. Der Anschlagsvorsprung kann blockförmig ausgebildet sein, und kann einteilig mit dem Lagerkern und/oder dem Lagerkäfig ausgebildet sein. Falls der Anschlagsvorsprung auf dem Lagerkern ausgebildet ist, kann dieser zumindest abschnittsweise durchgängig bzw. umlaufend entlang dem Umfang des Lagerkerns ausgebildet sein. Es kann sich bei dem Anschlagsvorsprung des Lagerkerns um eine Anschlagsscheibe handeln. Bei einer gewissen relativen Verlagerungsmenge des Lagerkerns zu dem Lagerkäfig in radialer Richtung schlägt der Anschlagsvorsprung an eine entsprechende radiale Anschlagsfläche des Gegenstücks an und begrenzt so die Relativbewegung von Lagerkern und Lagerkäfig zumindest in radialer Richtung.
Vorzugsweise weisen sowohl der Lagerkern als auch der Lagerkäfig einen Anschlagsvorsprung auf, wobei die jeweiligen Anschlagsvorsprünge axial versetzt zueinander angeordnet sind, um eine relative Verlagerungsmenge von Lagerkern und Lagerkäfig in axialer Richtung zu begrenzen.
Vorteilhafterweise kann durch die zwei Anschlagsvorsprünge die Lebensdauer des Schwingungstilgers weiter erhöht werden, sowie der benötigte Bauraum für den Schwingungstilger weiter verkleinert werden. Die Anschlagsvorsprünge von Lagerkern und Lagerkäfig überlappen sich aus Axialrichtung betrachtend zumindest teilweise. Bei einer gewissen relativen Verlagerungsmenge des Lagerkerns zu dem Lagerkäfig in axialer Richtung schlagen axiale Anschlagsflächen der Anschlagsvorsprünge in axialer Richtung aneinander an und begrenzen so die Relativbewegung von Lagerkern und Lagerkäfig zusätzlich in axialer Richtung. Das vorstehend zum Anschlagsvorsprung beschriebene gilt entsprechend für beide Anschlagsvorsprünge des Lagerkerns und des Lagerkäfigs. So wird durch zumindest einen der Anschlagsvorsprünge auch die Relativbewegung von Lagerkern und Lagerkäfig in radialer Richtung begrenzt. Besonders bevorzugt weist der Lagerkern zwei Anschlagsvorsprünge und der Lagerkäfig einen Anschlagsvorsprung auf, oder der Lagerkern weist einen Anschlagsvorsprung und der Lagerkäfig zwei Anschlagsvorsprünge auf, wobei der einzelne Anschlagsvorsprung in axialer Richtung zwischen den zwei anderen Anschlagsvorsprüngen angeordnet ist. So kann die Relativbewegung des Lagerkerns zum Lagerkäfig in beiden axialen Richtungen, also nach vorne und nach hinten, begrenzt werden. Die Anschläge begrenzen auch die kardanischen Auslenkungen der Tilgermasse.
Vorzugsweise umfasst der Schwingungstilger die Tilgermasse, die mit der Außenhülse verbunden ist.
Vorzugsweise weist die Tilgermasse eine axiale Montage-Bohrung auf, die im Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Lagerkerns.
Die axiale Montage-Bohrung bzw. -Ausnehmung ist insbesondere zusätzlich zu einer Aufnahme-Ausnehmung zum Aufnehmen der Außenhülse vorgesehen. Die Montage-Bohrung ist vorzugsweise mittig in der Aufnahme-Ausnehmung und konzentrisch dazu ausgebildet und ermöglicht ein Montieren, insbesondere Verschrauben, des Schwingungstilgers an einem Bauteil mittels einer Schraube. Durch die Montage-Bohrung wird insbesondere ermöglicht, dass die Schraube durch den Lagerkern und die Tilgermasse hindurchgesteckt werden kann. Durch die Konfiguration von Lagerkern und Tilgermasse, also dem Durchmesser des Lagerkerns und der Montage-Bohrung, wird eine Verliersicherung ausgebildet, da der Lagerkern nicht durch die Montage-Bohrung passt. Das heißt, dass wenn sich der Lagerkern vom Elastomerkörper löst bzw. der Elastomerkörper reißt, der mit dem Bauteil verschraubte Lagerkern nicht vollständig vom Rest des Schwingungstilgers, insbesondere der Tilgermasse, gelöst werden kann. Des Weiteren kann durch die Konfiguration von Lagerkern und Tilgermasse ein axialer Anschlag ausgebildet werden, der die Relativbewegung von Lagerkern zur Tilgermasse, und damit auch zum Lagerkern, in einer axialen Richtung begrenzt. Die axiale Stirnfläche des Lagerkerns im Bereich des Umfangs des Lagerkerns und die axiale Stirnfläche der Tilgermasse im Bereich des Umfangs der Montage-Bohrung können die axialen Anschlagsflächen ausbilden.
Vorzugsweise ist der Masseschwerpunkt des Schwingungstilgers inklusive der schwingenden Tilgermasse im Wesentlichen im geometrischen Zentrum des Elastomerkörpers angeordnet.
Vorteilhafterweise werden durch den im geometrischen Zentrum des Elastomerkörpers angeordneten Masseschwerpunkt des gesamten Schwingungstilgers Taumelbewegungen des Schwingungstilgers, insbesondere der Tilgermasse, wirksam minimiert oder sogar vermieden. Dadurch können Bauteilschäden durch unkontrollierte Bewegungen der Tilgermasse vermieden werden und die Dämpfungswirkung bei der Bewegung der Tilgermasse in Vorzugsrichtung optimiert werden.
Der Masseschwerpunkt des Schwingungstilgers wird durch den Lagerkern, den Lagerkäfig, den Elastomerkörper, das Dämpfungsfluid und die Tilgermasse bestimmt. Das geometrische Zentrum des Elastomerkörpers liegt bei einem symmetrischen Elastomerkörper auf der. Mittelachse des Elastomerkörpers und auf mittlerer Höhe des Elastomerkörpers in Axialrichtung.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren im Detail beschrieben. Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf diese bevorzugten Ausführungsformen beschränkt ist, und dass einzelne Merkmale und Ausgestaltungen der Ausführungsformen frei zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden können.
Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines Lagerkerns und eines Lagerkäfigs eines Schwingungstilgers gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 eine perspektivische Ansicht des Lagerkerns und des Lagerkäfigs aus 1, wobei diese in einem Elastomerkörper eingebettet sind;
3 eine perspektivische Ansicht des Lagerkerns, des Lagerkäfigs und des Elastomerkörpers aus 2, wobei eine Außenhülse um den Elastomerkörper angeordnet ist;
4 eine Schnittdarstellung des Schwingungstilgers der ersten Ausführungsform entlang der zentralen Längsachse des Lagerkerns;
5 eine Schnittdarstellung des Schwingungstilgers der ersten Ausführungsform quer zur Längsachse des Lagerkerns;
6 eine perspektivische Ansicht des Schwingungstilgers der ersten Ausführungsform, wobei eine Hälfte des Schwingungstilgers ausgeblendet ist;
7 eine perspektivische Ansicht eines Lagerkerns und eines Lagerkäfigs eines Schwingungstilgers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
8 eine perspektivische Ansicht des Lagerkerns und des Lagerkäfigs aus 7, wobei diese in einem Elastomerkörper eingebettet sind;
9 eine Schnittdarstellung des Schwingungstilgers der zweiten Ausführungsform entlang der zentralen Längsachse des Lagerkerns;
10 zwei Modifikationen des Fluidkanals in einer Seitenansicht;
11 einen Graphen, der die Schwingungs- und Dämpfungscharakteristik eines beispielhaften Schwingungstilgers darstellt; und
12 einen Graphen, der die Schwingungs- und Dämpfungscharakteristik einer herkömmlichen hydraulischen Fahrwerksbuchse darstellt.
Eine erste Ausführungsform des Schwingungstilgers 1 wird anhand der 1 bis 6 näher beschrieben.
1 zeigt den Lagerkern 2 und den Lagerkäfig 4 des Schwingungstilgers 1 der ersten Ausführungsform. Lagerkern 2 und Lagerkäfig 4 sind konzentrisch angeordnet. Der Lagerkern 2 ist im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet und weist eine durchgehende, axiale Bohrung 6 zum Durchführen einer Montageschraube auf. Des Weiteren weist der Lagerkern 2 an einem axialen Ende eine zylindrische und zur axialen Bohrung koaxiale Vertiefung 8 auf, die den Schraubenkopf der Montageschraube aufnehmen kann, um Bauraum und Gewicht zu sparen.
Der Lagerkäfig 4 weist an seinen axialen Enden jeweils einen ringförmigen Ringabschnitt 10 auf, welche über vier um 90° versetzte Stege miteinander verbunden sind. Diese Stege bilden die Segmentstützen aus. Zwei der Stege, die diametral, also um 180° versetzt, angeordnet sind, bilden die Fluidkanal-Segmentstützen 12 aus. Die zwei weiteren diametral angeordneten Stege bilden die Anlage-Segmentstützen 14 aus, die um 90° versetzt zu den Fluidkanal-Segmentstützen 12 angeordnet sind. Die Anlage-Segmentstützen 14 weisen an ihren Innenseiten jeweils einen mittig angeordneten, radial nach innen vorstehenden Anschlags-Vorsprung 16 auf. Auch nach dem Umspritzen des Elastomerkörpers 18 stehen die Anschlags-Vorsprünge 16 radial nach innen vor, sind jedoch mit einer Elastomerschicht bedeckt. Seitens des Lagerkerns 2 wird durch den Elastomerkörper 18 jeweils radial innenliegend zu den Anschlags-Vorsprüngen 16 eine im Wesentlichen plane Anschlagsfläche 20 ausgebildet, wie in den 4 bis 6 zu sehen ist. Durch die Anschlags-Vorsprünge 16 und die Anschlagsflächen 20 wird die radiale Verlagerung des Lagerkerns 2 zum Lagerkäfig 4 in Richtung der Anlage-Segmentstützen 14 begrenzt.
Die Anlage-Segmentstützen 14 sind derart angeordnet, dass ihre radialen Außenflächen mit den radialen Außenkanten der Ringabschnitte 10 abschließen. Die Fluidkanal-Segmentstützen 12 sind verglichen zu den Anlage-Segmentstützen 14 radial nach innen versetzt angeordnet. Hierdurch wird an der radialen Außenfläche der jeweiligen Fluidkanal-Segmentstützen 12 zwischen den Ringabschnitten 10 eine Rinne 22 ausgebildet, welche auch nach dem Umspritzen mit dem Elastomerkörper 18 verbleibt, dann jedoch mit einer Elastomerschicht bedeckt ist. Die Rinne 22 bildet im Zusammenspiel mit der Außenhülse 24 den Fluidkanal 26 aus.
Der Elastomerkörper 18 bildet zwischen dem Lagerkern 2 und dem Lagerkäfig 4 zwei gegenüberliegende Arbeitskammern 28 aus, die mit einem Dämpfungsfluid gefüllt werden. In axialer Richtung sind die Arbeitskammern 28 durch Membrane 30 des Elastomerkörpers 18 begrenzt, die im Querschnitt S-förmig gebogen sind (siehe 4), um eine niedrige radiale Steifigkeit zu erhalten. In radialer Richtung weisen beide Arbeitskammern 28 jeweils zwei Kammeröffnungen 32 auf. Die Kammeröffnungen 32 sind jeweils zwischen einer Anlage-Segmentstütze 14 und einer Fluidkanal-Segmentstütze 12 ausgebildet. In anderen Worten sind die Rinnen 22 bzw. die Fluidkanäle 26 jeweils zwischen einer der zwei Kammeröffnungen 32 der beiden Arbeitskammern 28 angeordnet. Die Anschlags-Vorsprünge 16 erstrecken sich in radialer Richtung in die Arbeitskammern 28 hinein.
Der Raum zwischen dem Lagerkern 2 und den Fluidkanal-Segmentstützen 12 ist im Wesentlichen vollständig mit elastomerem Material des Elastomerkörpers 18 ausgefüllt. Hierdurch werden zum einen die zwei Arbeitskammern 28 fluidisch voneinander getrennt, und zum anderen wird ein Großteil der Federkraft des Elastomerkörpers 18 bereitgestellt. In den Bereichen zwischen Lagerkern 2 und den Fluidkanal-Segmentstützen 12 ist jedoch jeweils eine parallel zur Mittelachse des Elastomerkörpers 18 verlaufende Fixierungs-Bohrung bzw. -Ausnehmung 33 ausgebildet, um den Elastomerkörper 18 beim Befüllprozess fixieren zu können (siehe 4). Ferner kann durch die Konfiguration der Fixierungs-Bohrung 33 die Federsteifigkeit in axialer und insbesondere in radialer Richtung eingestellt werden. Die Fixierungs-Bohrung 33 kann nach dem Befüllprozess verschlossen werden.
Die Außenhülse 24 wird um den Elastomerkörper 18 angeordnet bzw. wird der Elastomerkörper 18 samt eingebettetem Lagerkern 2 und Lagerkäfig 4 in die Außenhülse 24 eingepresst. Die Außenhülse 24 dichtet hierbei die Arbeitskammern 28, insbesondere die Kammeröffnungen 32 davon, sowie die Fluidkanäle 26 fluiddicht ab. Zur Verbesserung der Dichtigkeit sind an den axialen Enden des Elastomerkörpers 18 bzw. des Lagerkäfigs 4 radial nach außen vorstehende, umlaufende Dichtlippen 34 aus elastomerem Material angeordnet, die einteilig mit dem Elastomerkörper 18 ausgebildet sind. Die Anlage-Segmentstützen 14 stützen die Anlagebereiche 35 des Elastomerkörpers 18 zur Außenhülse 24. Die Dichtlippen 34 kontaktieren die Innenfläche der Außenhülse 24 an den axialen Enden jeweils umlaufend entlang des gesamten Umfangs des Elastomerkörpers 18. Im Anlagebereich 35 liegt der Elastomerkörper 18 hingegen im Wesentlichen vollflächig an der Innenfläche der Außenhülse 24 an bzw. ist der Spalt zwischen Anlagebereich 35 und Innenfläche der Außenhülse 24 so gering, dass bei einer leichten Verlagerung des Lagerkerns 2 zum Lagerkäfig 4 in Richtung der Anlage-Segmentstütze 14 der Spalt überwunden wird und der Anlagebereich 35 dann im Wesentlichen vollständig an der Innenfläche der Außenhülse 24 anliegt. Der Anlagebereich 35 wird jeweils im Wesentlichen über die gesamte Länge bzw. Winkelerstreckung von innen durch die entsprechende Anlage-Segmentstütze 14 in radialer Richtung gestützt, wodurch eine besonders gute Kraftübertragung zwischen Elastomerkörper 18 und Außenhülse 24 gewährleistet wird.
Der Elastomerkörper 18 ist derart ausgebildet, dass der Lagerkern 2 vorzugsweise in Richtung der Anlage-Segementstützen 14 radial verlagert wird. In dieser Richtung, welche auch als „Vorzugsrichtung” VR bezeichnet werden kann, weist der Elastomerkörper 18 die geringste Federsteifigkeit auf. Durch die relative radiale Verlagerung des Lagerkerns 2 zum Lagerkäfig 4, insbesondere in Vorzugsrichtung VR, wird das Volumen einer der Arbeitskammern 28 verkleinert und das der anderen vergrößert, wodurch das Dämpfungsfluid von der einen Arbeitskammer 28 über die Fluidkanäle 26 zu der anderen Arbeitskammer 28 strömt und dabei eine Dämpfung bewirkt. Die Fluidkanäle 26 sind als Plateau-Kanäle ausgebildet, also flach, breit, kurz und entlang des Außenumfangs des Lagerkäfigs 4 bzw. der Fluidkanal-Segmentstütze 12 verlaufend, um eine gute Einstellbarkeit des gewünschten Dämpfungsverhaltens zu erhalten. Die Fluidkanäle 26 weisen an ihren radial innenliegenden Böden, insbesondere im Elastomerkörper 18, jeweils zwei sich in Umfangsrichtung erstreckende Strömungselemente 36 in Form von Rillen bzw. Rinnen auf, um das Strömungsverhalten des Dämpfungsfluids zu beeinflussen und ein gewünschtes Dämpfungsverhalten des Schwingungstilgers 1 zu erhalten. Radial nach innen werden die Fluidkanäle 26 durch die Fluidkanal-Segmentstützen 12 gestützt, wodurch ein Verformen der Fluidkanäle 26 auch bei hohen Drücken verhindert wird und eine verbesserte Einstellbarkeit des Dämpfungsverhaltens sowie eine höhere Lebensdauer des Schwingungstilgers 1 gewährleistet wird.
Die Außenhülse 24 wird in einer dafür vorgesehene Aufnahme-Ausnehmung 38 der Tilgermasse 40 angeordnet und dort fixiert, bzw. in die Aufnahme-Ausnehmung 38 eingepresst. Die Tilgermasse 40 weist eine axiale Montage-Bohrung 42 auf, welche konzentrisch zu der Aufnahme-Ausnehmung 38 angeordnet ist. Die Montage-Bohrung 42 ermöglicht ein Durchstecken einer Montageschraube durch den Lagerkern 2 und die Tilgermasse 40 zum Montieren des Schwingungstilgers 1 an einem Bauteil. Der Durchmesser der Montage-Bohrung 42 ist kleiner als der Durchmesser des Lagerkerns 2, wodurch eine Verliersicherung ausgebildet wird. Zudem stellt diese Konfiguration einen axialen Anschlag bereit, da bei einer axialen Verlagerung des Lagerkerns 2 relativ zur Tilgermasse 40, und somit auch relativ zum Lagerkäfig 4 und der Außenhülse 24, in einer Richtung eine axiale Stirnfläche 44 des Lagerkerns 2 an die Kante 46 der Montage-Bohrung anschlägt (siehe 4). Die Anschlagsfläche der axialen Stirnfläche 44 des Lagerkerns 2 ist mit elastomerem Material des Elastomerkörpers 18 bedeckt.
Der Schwingungstilger 1 ist derart ausgebildet, dass der Masseschwerpunkt SP im geometrischen Zentrum des Elastomerkörpers 18 liegt (siehe 4 und 5). Hierdurch können Taumelbewegungen des Schwingungstilgers 1, insbesondere der Tilgermasse 40, minimiert werden.
Eine zweite Ausführungsform des Schwingungstilgers 1 wird anhand der 7 bis 9 näher beschrieben. In der folgenden Beschreibung der zweiten Ausführungsform liegt der Schwerpunkt auf den Merkmalen, die sich von denen der ersten Ausführungsform unterscheiden. Solange nichts Gegenteiliges erwähnt wird ist daher davon auszugehen, dass das vorstehend zur ersten Ausführungsform Erläuterte entsprechend auch für die zweite Ausführungsform gilt.
Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform zunächst in der Ausbildung des Lagerkerns 2 und des Lagerkäfigs 4. Insbesondere weisen beide Anlage-Segmentstützen 14 des Lagerkäfigs 4 jeweils zwei axial versetzte, radial nach innen vorstehende Anschlags-Vorsprünge 16 auf, und der Lagerkern 2 weist zwei diametral angeordnete Anschlags-Vorsprünge 16 auf, die jeweils in axialer Richtung zwischen den zwei Anschlags-Vorsprüngen 16 einer der Anlage-Segmentstützen 14 radial nach außen vorstehen. Die Anschlags-Vorsprünge 16 des Lagerkäfigs 4 und die Anschlags-Vorsprünge 16 des Lagerkerns 2 überlappen sich aus axialer Richtung gesehen, so dass eine relative Verlagerung von Lagerkern 2 zu Lagerkäfig 4 nicht nur in radialer Richtung, sondern auch in beiden axialen Richtungen begrenzt wird. Die Anschlags-Vorsprünge 16 des Lagerkerns 2 können auch als durchgehend umlaufende Anschlagsscheibe ausgeführt werden.
Als weiterer Unterschied zur ersten Ausführungsform ist der Lagerkern 2 in axialer Richtung länger ausgeführt als der Lagerkäfig 4 und steht einseitig oder beidseitig an den Enden von diesem vor. Die Montage-Bohrung 42 ist zwar größer ausgebildet als der zylindrische Abschnitt des Lagerkerns 2, ist jedoch kleiner ausgebildet als der Durchmesser des Lagerkerns 2 im Bereich der Anschlags-Vorsprünge 16 des Lagerkerns 2. Dadurch wird ebenfalls eine Verliersicherung ausgebildet. Des Weiteren erstreckt sich ein Endabschnitt des Lagerkerns 2 durch die Montage-Bohrung 42 hindurch. Das Verhältnis der Durchmesser des Endabschnitts des Lagerkerns 2 und der Montage-Bohrung 42 ist so gewählt, dass dadurch ein Endabschnitts-Anschlag 48 zwischen der radial äußeren Fläche des Lagerkerns 2 und der radial inneren Fläche der Montage-Bohrung 42 ausgebildet wird, der eine Relativbewegung von Lagerkern 2 zu Tilgermasse 40 begrenzt. insbesondere kann durch den Endabschnitts-Anschlag 48 nicht nur eine Relativbewegung in radialer Richtung, sondern auch ein Verdrehen des Lagerkerns 2 relativ zu der Tilgermasse 40 effektiv verhindert werden.
Schließlich unterscheidet sich der Elastomerkörper 18 des Schwingungstilgers 1 der zweiten Ausführungsform gegenüber der ersten Ausführungsform darin, dass die Membrane 30, die die Arbeitskammern 28 begrenzen, bogenförmig ausgebildet sind (siehe 9). Durch die bogenförmige Ausbildung kann die Federsteifigkeit gegenüber einer S-förmigen Ausbildung erhöht werden. Es versteht sich, dass die erste Ausführungsform des Schwingungstilgers auch mit der bogenförmig ausgebildeten Feder, an Stelle der S-förmigen Ausbildung, kombiniert werden kann.
10a und 10b zeigen Modifikationen des Fluidkanals 26 des Schwingungstilgers aus 9. Die Fluidkanäle 26 in 10a und 10b weisen an ihren radial innenliegenden Böden, insbesondere im Elastomerkörper 18, Strömungselemente 36 auf, die das Strömungsverhalten des Dämpfungsfluids beeinflussen und ein gewünschtes Dämpfungsverhalten des Schwingungstilgers 1 gewährleisten können. Das Strömungselement 36 in 10a ist in Form einer einzigen, mittig angeordneten, sich in Umfangsrichtung erstreckenden Erhebung ausgebildet. Die Strömungselemente 36 in 10b sind als kreisförmige Erhebungen ausgebildet. Vier der Strömungselemente 36 sind in den vier Eckbereichen des Fluidkanals 26 angeordnet, und ein Strömungselement 36 ist mittig im Fluidkanal 26 angeordnet. Der Durchmesser und die Höhe der jeweiligen Strömungselemente 36 können einzeln variiert werden, und es können auch die Anzahl und die Anordnung der Strömungselemente 36 variiert werden, um ein gewünschtes Strömungsverhalten des Dämpfungsfluids zu erhalten.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungstilger
2: Lagerkern
4: Lagerkäfig
6: axiale Bohrung
8: Vertiefung
10: Ringabschnitt
12: Fluidkanal-Segmentstütze
14: Anlage-Segmentstütze
16: Anschlags-Vorsprung
18: Elastomerkörper
20: Anschlagsfläche
22: Rinne
24: Außenhülse
26: Fluidkanal
28: Arbeitskammer
30: Membran
32: Kammeröffnung
33: Fixierungs-Bohrung
34: Dichtlippe
35: Anlagebereich
36: Strömungselement
38: Aufnahme-Ausnehmung
40: Tilgermasse
42: Montage-Bohrung
44: axiale Stirnfläche des Lagerkerns
46: Kante der Montage-Bohrung
48: Endabschnitts-Anschlag
VR: Vorzugsrichtung
SP: Masseschwerpunkt des Schwingungstilgers

Claims

Schwingungstilger (1) mit radial wirkender hydraulischer Dämpfung, umfassend: einen Lagerkern (2); einen den Lagerkern (2) radial umgebenden Lagerkäfig (4); einen den Lagerkern (2) und den Lagerkäfig (4) federnd verbindenden Elastomerkörper (18); und eine den Elastomerkörper (18) radial umgebende Außenhülse (24) zum Verbinden mit einer Tilgermasse (40); wobei zumindest zwei mit einem Dämpfungsfluid zu füllende Arbeitskammern (28) im Elastomerkörper (18) ausgebildet sind, und wobei die Arbeitskammern (28) über einen formstabilen Fluidkanal (26) miteinander fluidisch verbunden sind.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 1, weiter umfassend eine Fluidkanal-Segmentstütze (12), welche den Fluidkanal stützt.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 2, wobei die zwei Arbeitskammern (28) jeweils zumindest eine radiale Kammeröffnung (32) aufweisen, wobei die zwei Kammeröffnungen (32) nach außen in radialer Richtung durch die Außenhülse (24) begrenzt sind, wobei die Fluidkanal-Segmentstütze (12) an dem Lagerkäfig (4) ausgebildet ist, und wobei die Fluidkanal-Segmentstütze (12) den Fluidkanal (26) zumindest in einer radialen Richtung stützt.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zwei Arbeitskammern (28) jeweils zwei radiale Kammeröffnungen (32) aufweisen und der Schwingungstilger (1) zwei Fluidkanäle (26) aufweist, wobei die Arbeitskammern (28) über die zwei Fluidkanäle (26) miteinander fluidisch verbunden sind, wobei der Lagerkäfig (4) zwei Fluidkanal-Segmentstützen (12) aufweist, die jeweils einen der Fluidkanäle (26) zumindest in einer radialen Richtung stützen, und wobei die Fluidkanäle (26) vorzugsweise diametral angeordnet sind.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche 2 bis 4, wobei der Lagerkäfig (4) zwei diametral angeordnete Anlage-Segmentstützen (14) aufweist, die jeweils einen Anlagebereich (35) des Elastomerkörpers (18) zur Außenhülse (24) stützen, wobei die Anlage-Segmentstützen (14) um etwa 90° versetzt zu der Fluidkanal-Segmentstütze (12) angeordnet sind, und wobei die Fluidkanal-Segmentstütze (12) vorzugsweise relativ zu den Anlage-Segmentstützen (14) radial nach innen versetzt angeordnet ist.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidkanal (26) ein Verhältnis von Höhe zu Breite von etwa 1:20 bis etwa 1:5, vorzugsweise etwa 1:10 aufweist.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Fluidkanal (26) sich entlang eines Winkelbereichs von etwa 20° bis etwa 45°, vorzugsweise etwa 35° erstreckt.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Resonanz des Fluidsystems über dem 1,5-fachen der Tilgereigenfrequenz eingestellt ist.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Lagerkern (2) und/oder der Lagerkäfig (4) einen Anschlagsvorsprung (16) aufweist, der eine relative Verlagerungsmenge von Lagerkern (2) und Lagerkäfig (4) zueinander zumindest in einer radialen Richtung begrenzt.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 9, wobei sowohl der Lagerkern (2) als auch der Lagerkäfig (4) einen Anschlagsvorsprung (16) aufweisen, wobei die jeweiligen Anschlagsvorsprünge (16) axial versetzt zueinander angeordnet sind, um eine relative Verlagerungsmenge von Lagerkern (2) und Lagerkäfig (4) in axialer Richtung zu begrenzen.
Schwingungstilger (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend die Tilgermasse (40), die mit der Außenhülse (24) verbunden ist.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 11, wobei die Tilgermasse (40) eine axiale Montage-Bohrung (42) aufweist, die im Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des Lagerkerns (2).
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Masseschwerpunkt (SP) des Schwingungstilgers (1) im Wesentlichen im geometrischen Zentrum des Elastomerkörpers (18) angeordnet ist.