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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für ein offenes Torsionsprofil, das mindestens zwei freie Schenkel aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Torsionsprofil mit einem Steg und zwei freien Schenkeln, insbesondere ein Torsionsprofil mit einem Steg und zwei freien Schenkeln, das als Querträger zwei Längslenker einer Verbundlenkerachse verbindet.
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Insbesondere in der Kompaktklasse von PKWs werden als Hinterachsen sogenannte Verbundlenkerachsen eingesetzt, wie sie beispielhaft in 1 dargestellt sind. Solche Verbundlenkerachsen 1 besitzen zwei führende Längslenker 2, 2', die über einen als Torsionsprofil 3 ausgebildeten Querträger miteinander verbunden sind, wobei das nach unten hin offene Torsionsprofil 3 ergänzend als Stabilisator dient. Mit Bezug auf ein Fahrzeugkoordinatensystem sind frontseitig die Längslenker 2, 2' an dem Fahrzeugaufbau (in 1 nicht dargestellt) angelenkt und heckseitig sind die Radträger (in 1 nicht dargestellt) inklusive der Bremseinheiten befestigt. Die Vorteile einer solche Verbundlenkerachse 1 gegenüber anderen bekannten Achsen betreffen eine gute Seitenführung bei Kurvenfahrten und einen geringen Raumbedarf, der eine vorteilhafte Raumaufteilung im Heck des PKWs erlaubt.
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Damit das Torsionsprofil seine Funktion als Stabilisator erfüllen kann, weist das offene Torsionsprofil eine relativ geringe Torsionssteifigkeit und eine entsprechend niedrige Eigenfrequenz auf. Nachteiligerweise kann das Torsionsprofil beim Bremsvorgang aufgrund der trockenen Reibung der Hinterradbremsen zum Schwingen angeregt werden. Hierbei bewegen sich die Schenkel des Torsionsprofils gegenläufig zueinander, was ein tieffrequentes Geräusch erzeugt. Aufgrund der klanglichen Ähnlichkeit des erzeugten Geräusches zum Blöcken einer Kuh wird dieses tieffrequente Geräusch in Fachkreisen auch als sogenanntes „Muh-Geräusch“ bezeichnet.
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Es hat sich herausgestellt, dass die angesprochenen Geräusche vornehmlich beim Wechsel von Vorwärts- auf Rückwärtsfahrten auftreten, weil die Bremsbeläge von der sich rückwärts drehenden Bremsscheibe mitgenommen werden und ihre Anlagen am jeweiligen Bremsträger ändern. Zwischenzeitlich entstehen so relativ undefinierte Positionen der Bremsbeläge, die das Auftreten der Schwingungen begünstigen.
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Um das Entstehen derartiger Geräusche zu verhindern, sind bereits mehrere Vorschläge verfolgt worden, die nicht zum erhofften Erfolg geführt haben oder die andere Nachteile mit sich gebracht haben.
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Zunächst wurden sogenannte Clip-On-Shims eingesetzt, die als Edelstahlblech auf die Rückenplatten der Bremsbeläge aufgebracht wurden. Durch die Clip-On-Shims reduziert sich die Reibung zwischen dem Belag und den Bremsen, die über das Auftragen von Fett zwischen den Clip-On-Shims und den Rückenplatten nochmals verkleinert werden kann. Hierdurch sollen die Bremsbeläge beim Fahrtrichtungswechsel möglichst schnell eine definierte Position einnehmen, so dass das Aufschwingen vom Torsionsprofil der Achse unterbunden wird.
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Nachteiligerweise lässt sich die Montage des Clip-On-Shims nicht automatisieren, so dass der Clip-On-Shim oftmals manuell aufzubringen ist, was die Montagekosten erhöht. Auch das Fetten lässt sich in die bestehenden Fertigungseinrichtungen nur schwer integrieren und bringt zusätzlich die Gefahr der Ölaufnahme des Reibmaterials des Bremsbelags mit sich, was wiederrum den Reibwert der Bremsbeläge reduzieren kann.
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Alternativ wurde vorgeschlagen, den Bremsträger zu versteifen, um eine Übertragung der Schwingung auf die Achse zu erschweren. Das Versteifen des Bremsträgers führt allerdings zu mehr Gewicht, was dem Ziel des Leichtbaus im Fahrzeug widerspricht und ebenfalls mit Mehrkosten verbunden ist.
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Schließlich wurden auch sogenannte „Muh-Tilger“ vorgeschlagen, bei denen eine einvulkanisierte und elastisch gelagerte Tilgermasse mit der Bremse verschraubt wird. Auch die Montage eines derartigen „Muh-Tilgers“ ist eine teure Lösung, die zudem Freigangsprobleme bei der Bremsenfertigung, der Achsmontage und dem Einfahren der Achsen ins Fahrzeug nach sich zieht.
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Alle vorgenannten Versuche, die „Muh-Geräusche“ zu unterbinden, weisen das Problem auf, dass die entsprechenden Zusatzbauteile unmittelbar mit der Bremse zu verbinden sind und die Applikationen bei einem Wechsel des Reibmaterials eventuell nochmals zu überarbeiten oder zu justieren sind, was die Wartungskosten in die Höhe treibt.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Aufschwingen der Schenkel eines Torsionsprofils zu verhindern, ohne dass dabei die Torsionseigenschaften des Profils beeinträchtig werden, die aus fahrdynamischen Gesichtspunkten erforderlich sind. Hierbei sollen auch zusätzliche Applikationen vermieden werden, die an der Bremse und/oder dem Reibmaterial aufgebracht werden, und die bei einem verschleißbedingten Austausch des Reibmaterials ebenfalls auszutauschen, zu warten und/oder zu justieren sind.
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Diese Aufgabe wird durch den Schwingungsdämpfer gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß besitzt der Schwingungsdämpfer ein Gehäuse, das mindestens zwei entgegengesetzt ausgerichtete Zylinderbohrungen aufweist, in denen jeweils ein Kolben längsaxial beweglich gelagert ist, wobei die Kolben zumindest mittelbar mit jeweils einem freien Schenkel des Torsionsprofils verbindbar sind. Mittels des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers kann die relative Bewegung der Schenkel des Torsionsprofils derart abgedämpft werden, das kein hörbares Geräusch durch eine Schwingung des Torsionsprofils erzeugt wird. Gleichzeitig werden die Torsionseigenschaften des Torsionsprofils vorteilhafterweise nicht beeinflusst, weil der Abstand der Schenkel bei einer Torsion des Profils im Wesentlichen konstant bleibt, so dass die Fahreigenschaften des PKWs erhalten bleiben. Schließlich werden durch den Schwingungsdämpfer zusätzliche Wartungsarbeiten beim Austausch der Bremsbeläge eingespart.
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Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfers werden nachfolgend und in den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zur mittelbaren Verbindung zwischen jeweils einem Kolben und jeweils einem freien Schenkel des Torsionsprofils eine Kolbenstange angeordnet ist, die beidseitig Kugelköpfe zur Verbindung mit dem Kolben und dem freien Schenkel besitzt. Durch die Verbindung der Kolbenstangen mit Kugelköpfen werden Relativbewegungen zwischen jeweils einem Schenkel des Torsionsprofils und einem Kolben ermöglicht. In Richtung des Kolbenhubes stellen die Kolbenstangen jedoch zwischen den beiden Teilen eine spielfreie Verbindung her, so dass die Schwingung der Schenkel wirksam unterbunden werden kann. Alternativ zu einer Verbindung mit Kugelköpfen kann auch ein Elastomer vorgesehen sein, der eine begrenzte Bewegung der Kolbenstangen in alle drei Raumrichtungen erlaubt.
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Nach einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Kolben und die Koppelstangen durch jeweils einen hydraulischen Balg ersetzt werden. Der hydraulische Balg besteht nach diesem Ausführungsbeispiel aus einer elastischen Membran, die die Öffnung einer Zylinderbohrung verschließt. Aufgrund eines wählbaren bzw. einstellbaren hydraulischen Überdrucks innerhalb des geschlossenen hydraulischen Systems wölben sich alle Membranen nach außen, so dass sie in Anlage mit den Schenkeln des Torsionsprofils sind, wo sie fest mit den Schenkeln verbunden sein können. Torsionsbewegungen des Torsionsprofils werden auch bei dieser Ausgestaltung nicht beeinflusst, wohingegen eine Schwingung durch die Elastizität der Membranen abgedämpft wird, so dass auch hierdurch die Entstehung der Geräusche eingedämmt wird.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse fest mit dem Torsionsprofil verbindbar ist, insbesondere ist das Gehäuse fest mit einem Steg des Torsionsprofils verbunden. Zur Fixierung des Gehäuses mit dem Torsionsprofil ist beispielsweise eine Bolzenverbindung mit einem Abstandhalter vorgesehen, so dass die Lage/Höhe im Wesentlichen vorgebbar ist, in der die Kolben über die Kugelköpfe mit den Schenkeln des Torsionsprofils verbunden sind.
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Vorzugsweise handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer um einen hydraulischen Schwingungsdämpfer und die Zylinderbohrungen sind vorzugsweise hydraulisch miteinander verbunden. Ergänzend ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Zylinderbohrungen mit einem hydraulischen Speicher verbunden sind, wobei zwischen dem hydraulischen Speicher und den Zylinderbohrungen eine Drossel, vorzugsweise eine Verstelldrossel angeordnet ist. Sofern auf eine Verstelldrossel verzichtet werden soll, können die Verbindungen zwischen dem Zylinderbohrungen und dem Speicher die Funktion einer Drossel übernehmen.
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Der hydraulische Speicher besitzt vorteilhafterweise eine Vorspannung in Form einer Federbelastung, so dass über die Wahl der Druckfeder ein wählbarer Überdruck in dem hydraulischen System einstellbar ist. Hierdurch können in der Hydraulikflüssigkeit gebundene Gase nicht austreten und das Volumen der hydraulischen Systeme bleibt konstant. Durch die Verbindung der Zylinderbohrungen mit dem hydraulischen Speicher können die Kolben unabhängig voneinander längsaxial innerhalb der Zylinderbohrungen bewegt werden, so dass unterschiedlich starke Schwingungen der Schenkel ausgleichbar sind. Die Stärke der Dämpfung lässt sich durch die Drossel oder durch die Verstelldrossel anpassen, so dass der Schwingungsdämpfer in unterschiedlichen Torsionsprofilen einbaubar ist, die möglicherweise unterschiedliche Schwingungseigenschaften und Eigenfrequenzen aufweisen.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse mehrere, vorzugsweise vier Zylinderbohrungen aufweist, von denen jeweils zwei Zylinderbohrungen entgegensetzt ausgerichtet sind, wobei alle Zylinderbohrungen mit dem hydraulischen Speicher verbunden sind. Durch die Anordnung von mehreren parallel angeordneten Zylinderbohrungen kann die Dichte von Anlenkpunkten des Schwingungsdämpfers am Torsionsprofil erhöht werden, wobei bei herkömmlichen Torsionsprofilen eine Anzahl von vier Zylinderbohrungen und mithin eine Anzahl von vier Kolben ausreichend ist. Die gemeinsame Verwendung desselben hydraulischen Speichers hat den Vorteil, dass alle Zylinderbohrungen mit derselben Drossel oder mit derselben Verstelldrossel verbunden sind, so dass alle Kolben eine identische Dämpfung aufweisen. Alternativ kann auch ein Schwingungsdämpfer verwendet werden, dessen Zylinderbohrungen von jeweils einer elastischen Membran verschlossen sind und wie er zuvor beschrieben wurde.
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Die eingangs angegebene Aufgabenstellung wird ergänzend von dem Torsionsprofil gemäß Anspruch 8 gelöst. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die freien Schenkel des Torsionsprofils über einen Schwingungsdämpfer miteinander verbunden sind. Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Torsionsprofil mit einem Schwingungsdämpfer verbunden ist, wie er zuvor und in den Ansprüchen 1 bis 7 beschrieben wurde.
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Weitere konkrete Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend mit Bezug auf die Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Verbundlenkerachse (Stand der Technik) und
- 2-6 unterschiedliche Querschnittsdarstellungen eines Torsionsprofils mit einem Schwingungsdämpfer.
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1 zeigt eine Verbundlenkerachse
1, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist. Eine solche Verbundlenkerachse
1 weist zwei Längslenker
2,
2' auf, die durch ein Torsionsprofil
3 miteinander verbunden sind. Mit Bezug auf ein Fahrzeugkoordinatensystem
ist die Verbundlenkerachse
1 frontseitig mit dem Fahrzeugaufbau und rückseitig mit Radträgern (beides in
1 nicht dargestellt) verbunden. Das Torsionsprofil
3 besitzt einen Steg
4, der beidseitig mit zwei freien Schenkeln
5,
5' ein nach unten offenes U-förmiges, V-förmiges oder Hut-förmiges Torsionsprofil bildet.
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2 zeigt die Querschnittsebenen A-A des Torsionsprofils 3 aus 1. Im Querschnitt ist deutlich erkennbar, dass das Torsionsprofil 3 einen Steg 4 und zwei Schenkel 5, 5' besitzt, deren gegenläufige Schwingung (Pfeile 21) das eingangs genannte „Muh-Geräusch“ erzeugen. Um die Schwingungen zu vermeiden oder hinreichend abzudämpfen, sind die Schenkel 5, 5' mit einem Schwingungsdämpfer 6 verbunden. Der Schwingungsdämpfer 6 besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Gehäuse 7, das beispielsweise als Aluminiumstrangpressprofil oder aus Kunststoff ausgebildet sein kann. In dem Gehäuse 7 sind zwei Zylinderbohrungen 8, 8' eingebracht, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel eine durchgehende Bohrung gezeigt ist, so dass die Zylinderbohrungen 8, 8' ineinander übergehen. In den Zylinderbohrungen 8, 8' sind Kolben 9, 9' in Pfeilrichtung 10 beweglich gelagert und die Kolben 9, 9' sind mit Kolbenstangen 11, 11' mit den Schenkeln 5, 5' des Torsionsprofils 3 verbunden. Die Kolbenstangen 11, 11' sind dabei mit Kugelköpfen 12 mit den Kolben 9, 9' und den Schenkeln 5, 5' verbunden. Das Gehäuse 7 des Schwingungsdämpfers 6 ist fest mit dem Torsionsprofil 3 und insbesondere mit dem Steg 4 des Torsionsprofils 3 verbunden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist hierzu eine Bolzenverbindung 13 mit einer Abstandshülse 14 vorgesehen.
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Die 3-6 zeigen die Anordnung des Schwingungsdämpfers 6 innerhalb des Torsionsprofils 3 entlang der Querschnittsebenen B-B aus 1 und verdeutlichen die Funktionsweise und den weiteren Aufbau des Schwingungsdämpfers 6. In den dargestellten Ausführungsbeispielen besitzt der Schwingungsdämpfer 6 jeweils vier Kolben 9, 9', 9", 9'", die in Zylinderbohrungen 8, 8', 8", 8'" beweglich gelagert sind. Die Zylinderbohrungen 8 sind durchgehend ausgestaltet und durchgreifen jeweils das gesamte Gehäuse 7, weshalb zwischen zwei Kolben (9, 9" und 9', 9'") jeweils eine Hydraulikkammer 15, 15' ausgebildet ist. Die Hydraulikkammern 15, 15' sind hydraulisch mit einem hydraulischen Speicher 16 verbunden, der durch eine Federbelastung 17 einen vorgebbaren Überdruck aufweist. Zwischen dem hydraulischen Speicher 16 und den Zylinderbohrungen 8, 8', 8", 8'" beziehungsweise den hierin ausgebildeten Hydraulikkammern 15, 15' ist eine Verstelldrossel 18 angeordnet, die einen vorgebbaren hydraulischen Widerstand erzeugt.
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4 zeigt die Situation, bei der die Schenkel 5, 5' des Torsionsprofils 3 von der ursprünglichen und strichliniert dargestellten Position nach außen und mithin in Pfeilrichtung 19 ausgelenkt werden. Aufgrund der Verbindung zwischen den Schenkeln 5, 5' und den Kolben 9, 9' werden die Kolben aus dem Gehäuse 7 des Schwingungsdämpfers 6 herausgezogen und die Hydraulikkammern 15, 15' vergrößern ihr Volumen. Hierzu strömt Hydraulikflüssigkeit aus dem hydraulischen Speicher 16 nach, wobei die Hydraulikflüssigkeit die Verstelldrossel 18 passieren muss. Je schmaler dabei der Querschnitt der Drossel eingestellt ist, desto stärker wird die Auslenkung der freien Schenkel 5, 5' entlang der Pfeilrichtung 19 gedämpft.
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In 5 ist die umgekehrte Situation dargestellt, bei der die freien Schenkel 5, 5' des Torsionsprofils 3 nach innen entlang der Pfeilrichtung 20 ausgelenkt werden, wobei die Kolben 9, 9', 9", 9'" in die Zylinderbohrungen 8, 8', 8", 8'" hineingedrückt werden. Die Hydraulikflüssigkeit wird hierbei dem hydraulischen Speicher 16 zugeführt, wobei ebenfalls die Verstelldrossel 18 passiert werden muss, so dass auch die Bewegung der freien Schenkel 5, 5' nach innen gedämpft ist. Hierdurch kann die Schwingung der freien Schenkel 5, 5' des Torsionsprofils 3 soweit gedämpft werden, dass keine hörbaren Geräusche mehr entstehen.
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6 zeigt, dass das Torsionsverhalten des Torsionsprofils 3 mit einem eingebauten Schwingungsdämpfer 6 nicht beeinträchtigt wird, weil bei einer Torsion die Abstände zweier sich gegenüber liegender Kolben 9, 9', 9", 9'" im Wesentlichen nicht verändert wird, weshalb keine Hydraulikflüssigkeit durch die Verstelldrossel 18 in den hydraulischen Speicher 16 überführt oder hieraus entnommen werden muss. Die Torsionsbewegung der Schenkel 5, 5' beziehungsweise des Torsionsprofils 3 wird daher durch den Schwingungsdämpfer 6 nicht beeinflusst.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Verbundlenkerachse
- 2, 2'
- Längslenker
- 3
- Torsionsprofil
- 4
- Steg
- 5, 5'
- Schenkel
- 6
- Schwingungsdämpfer
- 7
- Gehäuse
- 8, 8', 8", 8'"
- Zylinderbohrungen
- 9, 9', 9", 9'"
- Kolben
- 10
- Pfeil
- 11
- Kolbenstangen
- 12
- Kugelköpfe
- 13
- Bolzenverbindung
- 14
- Abstandshülse
- 15
- Hydraulikkammer
- 16
- hydraulischer Speicher
- 17
- Federbelastung
- 18
- Verstelldrossel
- 19
- Pfeil
- 20
- Pfeil
- 21
- Pfeil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009043552 A1 [0011]
- DE 10258023 A1 [0011]
