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Die Erfindung betrifft eine Lagerung eines ersten einer Geräuschquelle ausgesetzten Bauelements an einem zweiten Bauelement eines Kraftfahrzeuges mit einem Elastomerelement.
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An Kraftfahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen wird hoher Wert auf Fahrkomfort gelegt, wozu es auch gehört, dass die Fahrzeug-Insassen möglichst wenig durch störende Geräuschen belästigt werden. Nun ergeben sich aber im Fahrbetrieb eines Personenkraftwagens eine Vielzahl von Störgeräuschen, welche neben dem Fahrtwind insbesondere aus den Abrollgeräuschen der Fahrzeugräder auf der Fahrbahn und den Geräuschen aus dem Betrieb eines Fahrzeug-Antriebsaggregats resultieren. Lagerungen sowohl des Fzg.-Antriebsaggregats als auch der Räder über radführende Lenker – ggf. unter Zwischenschaltung eines Achsträgers – werden daher üblicherweise solchermaßen konzipiert, dass neben einer befriedigenden Bedämpfung von Schwingungen auch eine ausreichende akustische Dämmung erfolgt; in Summe soll mit einer solchen Lagerung also eine gute vibroakustische Isolation erreicht werden.
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Für eine solche angestrebte gute vibroakustische Isolation eine weitere wirkungsvolle Maßnahme aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine Lagerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass in der Lagerung dem Elastomerelement ein Zwischenelement in Reihe geschaltet ist, welches eine nennenswert höhere Strukturdämpfung als monolithischer Stahl aufweist Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird eine serielle (d.h. Reihen-)Verschaltung einer klassischen elastischen Lagerung (über Gummilager bzw. Elastomerlager) mit einem weiteren Element (= Zwischenelement) vorgeschlagen, welches aus einem Material besteht, das eine hohe sog. Strukturdämpfung aufweist. Als Strukturdämpfung wird dabei wie üblich eine Dämpfung verstanden, die sich durch den Aufbau eines entsprechenden Bauteils oder des vorstehend genannten Elements unter Berücksichtigung von dessen Materialeigenschaften ergibt. Als hoch (im Sinne von Patentanspruch 1) wird eine Strukturdämpfung dann verstanden, wenn diese zumindest den zweifachen Dämpfungswert von monolithischem Stahl (als Material des besagten Elements oder Bauteils) aufweist.
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Die genannte Strukturdämpfung lässt sich dabei insbesondere durch den sog. (mechanischen) Verlustfaktor beschreiben, welcher bekanntlich als Quotient des imaginären Anteils (= sog. Verlustmodul) und des reellen Anteils (= sog. Speichermodul) des komplexen Elastizitätsmoduls eines Materials definiert ist, vgl. hierzu neben der DIN EN ISO 6721 bspw. das Buch „Körperschall: Physikalische Grundlagen und technische Anwendungen" von Cremer und Heckl, 3. aktualisierte Auflage von Möser und Kropp, Springer, 2010, Seite 142. Ein vorliegend vorgeschlagenes Zwischenelement kann nun bevorzugt aus einem Material bestehen, dessen mechanischer Verlustfaktor größer als größer 4·10–3 (hier bei verdeutlicht das Zeichen „·“ eine Multiplikation und es ist dieser dimensionslose Zahlenwert auch als „4 E-3“ darstellbar) ist. Hingegen liegt der (mechanische) Verlustfaktor von Stahl in der Größenordnung von 1·10–3.
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Ein bevorzugtes Material, welches zu einer hohen Strukturdämpfung führt bzw. einen hohen Verlustfaktor aufweist, ist ein Sintermaterial, insbesondere ein Sintermetall, welches eine gewisse Porosität von zumindest 7% aufweist. Es können aber auch Kunststoffmaterialien oder andere Matrixsysteme als Material mit hoher Strukturdämpfung vorgesehen sein, so bspw. ein Material mit einer Kunststoffmatrix, in welche kleinere aus einem anderen Werkstoff bestehende Strukturen eingebettet sind und/oder in welcher vorzugsweise eine Vielzahl kleiner Hohlräume als Porosität vorgesehen sind. Bei geeigneter Materialauswahl ist es mit einer erfindungsgemäßen Lagerung somit möglich (und angestrebt), zwischen dem ersten und dem zweiten Bauelement eine breitbandige vibroakustische Isolation im Frequenzbereich von 5 Hz bis 800 Hz zu erzielen.
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Wenngleich es möglich ist, eine erfindungsgemäße Lagerung solchermaßen auszubilden, dass das besagte Zwischenelement (mit hoher Strukturdämpfung) selbst ein Bestandteil des ersten oder zweiten Bauelements ist, welche über diese Lagerung aneinander gelagert sind, so ist es doch bevorzugt, dass das Zwischenelement nicht Bestandteil des ersten oder zweiten Bauelements ist, weil dann die genannten Bauelemente ohne Rücksichtnahme auf die gewünschte Strukturdämpfung im Hinblick auf ihre spezifischen Anforderungen gestaltet sein können, während das besagte Zwischenelement bestmöglich hinsichtlich seiner gewünschten Strukturdämpfung ausgelegt sein kann.
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Eine (aufgrund von Funktionsvereinigung) vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Zwischenelements sieht vor, dass dieses als eine das Elastomerelement an einem weiteren Bauteil, bspw. am genannten ersten oder zweiten Bauelement, alternativ aber auch an eine Lagerhülse oder dergleichen klemmende Schelle oder dergleichen ausgeführt ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Elastomerelement aber auch stoffschlüssig, insbesondere in Form einer Klebeverbindung, oder andersartig mit dem Zwischenelement verbunden sein. Wenn es sich bei einer erfindungsgemäßen Lagerung um ein (dem Fachmann bekanntes) Kugelgelenk oder um ein ansonsten übliches Gummilager mit Lagerhülse handelt, welche Gelenke oder Lager üblicherweise insbesondere im Fahrwerksbereich von Kraftfahrzeugen verwendet werden, so ist idealerweise eine Gelenkhülse oder dgl., welche ein im Kugelgelenk oder Gummilager vorgesehenes Elastomerelement umgibt, das besagte Zwischenelement mit hoher Strukturdämpfung. Eine andere funktional vorteilhafte Lagerung kann eine ansonsten herkömmliche Verschraubung (mit einer das besagte erste und zweite Bauelement durchdringenden Schraube und einer auf diese aufgebrachten Mutter) sein, bei welcher zwischen den beiden Bauelementen zusätzlich zu einem geeignet geformten Elastomerelement eine Unterlegscheibe als erfindungsgemäßes Zwischenelement mit hoher Strukturdämpfung vorgesehen ist.
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Die beigefügte Prinzipskizze zeigt ein mögliches Beispiel einer erfindungsgemäßen Lagerung im Schnitt, wobei in ein übliches (nicht dargestelltes) Lagerauge eines nicht dargestellten radführenden Lenkers (als erstes Bauelement) im Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs ein erfindungsgemäß gestaltetes Gummilager 2 eingepresst ist, über welches dieser radführende Lenker an einem ebenfalls nicht gezeigten zweiten Bauelement, bei welchem es sich bspw. um einen Radträger handeln kann, gelagert ist. (Wie üblich sei an dem Radträger ein Rad des Fahrzeugs drehbar angeflanscht). Hierfür weist das erfindungsgemäß gestaltete Gummilager 2 wie grundsätzlich üblich einen hohlzylindrischen Lagerkern 2a auf, durch den eine nicht gezeigte Schraube hindurchgeführt bzw. hindurchführbar ist, mittels derer das Gummilager 2 bspw. am genannten Radträger befestigt werden kann bzw. angeflanscht ist. Das Gummilager 2 weist weiterhin eine den Lagerkern 2a konzentrisch beabstandet umgebende ebenfalls hohlzylindrische Lagerbuchse 2b auf, welche hier bspw. unter Zwischenlage eines dünnwandigen Isolierringes 2c in das genannte Lagerauge des Lenkers bspw. eingepresst ist. Zwischen dem Lagerkern 2a und der Lagerbuchse 2b ist ein ringförmig gestaltetes Elastomerelement 2d vorgesehen, welches vorliegend (aus elastokinematischen Gründen) mehrere Aussparungen A aufweist, was jedoch ein fakultatives Merkmals ist. Ebenso fakultativ ist eine ringnutförmige Aussparung A* in der Außenwand in hier gezeigten Lagerbuchse 2b, in welcher sich segmentweise weiteres Elastomermaterial 2e in einem Abschnitt der Lagerbuchse 2b zwischen derselben und dem (ebenso fakultativen) Isolierring 2c befindet.
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Wesentlich ist (hingegen), dass ein sog. Zwischenelement vorgesehen ist, welches sich durch eine nennenswert höhere Strukturdämpfung als monolithischer Stahl auszeichnet und welches dem Elastomerelement 2d (oder dem Elastomermaterial 2e) in Reihe geschaltet in der Lagerung – hier zwischen dem genannten Radträger und dem genannten radführenden Lenker, die über dieses Gummilager 2 aneinander gelagert sind, vorgesehen ist.
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Beispielsweise handelt es sich bei diesem Zwischenelement um die Lagerbuchse 2b selbst, welche abweichend vom üblichen Stand der Technik, nach welchem diese ebenso wie der Lagerkern 2a aus monolithischem Stahl gefertigt ist, nun erfindungsgemäß aus einem Material mit einer nennenswert höheren Strukturdämpf als derjenigen von monolithischem Stahl besteht, so bspw. aus einem Sintermetall gefertigt ist. Nach einer anderen Ausführungsform kann es sich beim erfindungsgemäßen Zwischenelement um den Lagerkern 2a handeln, welcher abweichend vom üblichen Stand der Technik, nach welchem dieser ebenso wie die Lagerbuchse 2a aus monolithischem Stahl gefertigt ist, nun erfindungsgemäß aus einem Material mit einer nennenswert höheren Strukturdämpf als derjenigen von monolithischem Stahl besteht, so bspw. aus einem Sintermetall gefertigt ist.
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Nach einer anderen Ausführungsform können sowohl der Lagerkern 2a als auch die Lagerbuchs 2b jeweils ein erfindungsgemäßes Zwischenelement bilden, indem beide aus einem Material mit einer nennenswert höheren Strukturdämpfung als derjenigen von monolithischem Stahl gefertigt sind und bspw. aus einem Sintermetall bestehen. Dann sind in der erfindungsgemäßen Lagerung zwei erfindungsgemäße Zwischenelemente (zwischen dem genannten radführenden Lenker und dem Radträger) dem Elastomerelement 2d in Reihe geschaltet, d.h. es liegt eine Kraftübertragungskette vom beispielhaft genannten Radträger über den (eine hohe Strukturdämpfung bzw. einen hohen mechanischen Verlustfaktor aufweisenden) Lagerkern zum Elastormerelement 2d und von diesem über die (eine hohe Strukturdämpfung bzw. einen hohen mechanischen Verlustfaktor aufweisende) Lagerbuchse 2b zum beispielhaft genannten radführenden Lenker vor.
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Nach noch einer anderen Ausführungsform kann der Isolierring 2c aus einem Material mit einem nennenswert höheren mechanischen Verlustfaktor Strukturdämpfung als demjenigen von monolithischem Stahl bestehen, jedoch sollte dieser für eine erfolgreiche Strukturdämpfung dann eine größere Wandstärke als hier figürlich dargestellt besitzen.
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Grundsätzlich ist mit diesen erfindungsgemäßen Maßnahme in der bzw. allgemein einer Lagerung eine breitbandige vibroakustische Isolation erzielbar. Dabei sei noch erwähnt, dass die erfindungsgemäß bedämpften Geräuschquellen vielfältig sein können, so bspw. durch einen Verbrennungsmotor, einen Elektromotor, eine Brennstoffzelle, eine Pumpe, einen Verdampfer, einen Verdichter, einen Energiespeicher gebildet sein können, aber auch durch Ventile, Drosseln, Getriebe mit Zahnrädern, Ketten- oder Riementriebe. Selbstverständlich kann neben einer Gleitlagerung auch eine Wälzlagerung vorgesehen sein. Erfindungsgemäß gelagert sein können aber auch Fluidleitungen und Luftleitungen, oder Reifen oder eine Bremsscheibe mit ihrem Bremssattel, beliebige Gestänge, Lenker, Abgasanlage, Federn und Dämpfer.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- DIN EN ISO 6721 bspw. das Buch „Körperschall: Physikalische Grundlagen und technische Anwendungen“ von Cremer und Heckl, 3. aktualisierte Auflage von Möser und Kropp, Springer, 2010, Seite 142 [0005]
