DE102018004578A1

DE102018004578A1 - Lagermaterial für ein Lager, Lager mit einem solchen Lagermaterial und Verfahren zum Herstellen eines solchen Lagermaterials

Info

Publication number: DE102018004578A1
Application number: DE102018004578.2A
Authority: DE
Inventors: Thomas Breitling; Karsten Finger; Mehmet Ünal
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2018-06-08
Filing date: 2018-06-08
Publication date: 2019-12-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Lagermaterial (1) für ein Lager (10) zur akustischen und/oder schwingungstechnischen Abkopplung eines mittels des Lagers (10) gelagerten Teils von seiner Umgebung. Dabei ist vorgesehen, dass das Lagermaterial (1) zumindest bereichsweise eine Mehrzahl von Tilgermassen (3) aufweist, wobei jede Tilgermasse (3) zumindest bereichsweise von einem elastischen Hüllmaterial (5) umgriffen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Lagermaterial für ein Lager zur akustischen und/oder schwingungstechnischen Abkopplung eines mittels des Lagers gelagerten Teils von seiner Umgebung, ein Lager mit einem solchen Lagermaterial, und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lagermaterials.
Lager zur akustischen und/oder schwingungstechnischen Abkopplung eines mittels eines solchen Lagers gelagerten Teils von seiner Umgebung sind grundsätzlich bekannt. Insbesondere werden typischerweise Gummi-/Elastomerlager eingesetzt, um Maschinenteile von ihrer Umgebung oder voneinander akustisch oder schwingungstechnisch abzukoppeln. Dazu werden homogene Materialmischungen eingesetzt, deren Abkoppelverhalten sich aus den integralen Materialwerten und der makroskopischen Form des Abkoppelelements ergeben.
Im Zusammenhang mit solchen Lagern ergibt sich ein grundlegender technischer Zielkonflikt: in vielen technischen Anwendungsgebieten ist die Abkopplung von Schwingungen oder akustischen Signalen wichtig. Beispiele hierfür sind Fahrwerkslager und Motorlager in der Fahrzeugtechnik, die Abkopplung von Maschinen von ihren Fundamenten, Entkopplungen in der Gebäudetechnik, und vieles mehr. Immer besteht dort der Zielkonflikt zwischen einer Grundfunktion des Lagers auf der einen Seite, beispielsweise dem Tragen und Fixieren einer Maschine, dem Führen eines Rades, der Verbindung eines Motors mit einem Fahrzeug, und der Entkopplung der Komponenten bezüglich höherfrequenter Signale, wie beispielsweise Schwingungen und akustische Signale, die über einen Körperschallpfad transportiert werden, auf der anderen Seite. Insbesondere sind solche Körperschallpfade typischerweise über die entsprechenden Lager ausgebildet.
Dieser Zielkonflikt führt zu äußerst kompromissbehafteten Auslegungen bekannter Lager mit reinen Elastomer- oder Gummilagern, oder zu Kombinationen aus Elastomer-/Gummilagern mit Dämpfungselementen, beispielsweise einer Öldämpfung.
Der Zielkonflikt ist insbesondere darin zu sehen, dass die Grundfunktion ein möglichst steifes Lager erfordert, mithin ein Lagermaterial mit hoher statischer Steifigkeit, während die Abkopplung von Schwingungen eher ein weiches Lager, also ein Lager mit niedriger dynamischer Steifigkeit erfordert. Weitere sehr wichtige Randbedingungen sind die Dauerhaltbarkeit des Lagers und dessen Temperaturfestigkeit. Beides hängt letztlich eng mit den dynamischen Eigenschaften des Lagers zusammen. In der technischen Anwendung werden die Weichheit eines Lagers oft durch die Betriebsfestigkeitsanforderungen und die Materialauswahl durch die Temperaturbeständigkeit des Lagers begrenzt.
Die Folge davon ist, dass die Abkopplung bei der Übertragung von Geräuschen und Schwingungen typischerweise nur in geringem Umfang gelingt. Solche Schwingungen werden für den Menschen insbesondere als Zittern, Kribbeln, Brummen, Heulen, Klopfen, Raunzen, Pfeifen, und so weiter spürbar, häufig in störender, unangenehmer oder sogar gesundheitsgefährdender Weise. Dies ist hinlänglich aus Fahrzeugen, Flugzeugen, am Arbeitsplatz oder sogar von Zuhause, beispielsweise bei laufender Waschmaschine, bekannt.
Vor allem bei breitbandigen Signalen ist eine Auslegung eines Lagers schwierig, die allen Anforderungen weitgehend gerecht wird.
Eine sehr aufwändige Möglichkeit, gezielt bestimmte Frequenzen zu entkoppeln, stellen sogenannte „aktive Lager“ dar. Hierbei ist ein meist elektromagnetischer Aktor vorgesehen, der in Verbindung mit einem Steuergerät gezielt Gegenschwingungen zu dem störenden Signal erzeugt und somit die übertragene Energie genau in dem entsprechenden Frequenzbereich durch Auslöschung minimiert. Diese Technik ist teuer, komplex und aufwändig, wobei sie nur schmalbandig wirken kann und aufgrund der möglichen Signalverarbeitung sowie Trägheit der beteiligten mechanischen Komponenten eher auf tieffrequente Phänomene beschränkt bleibt. Weiterhin wird Zusatzbauraum in der Lagerstelle benötigt, um derartige Aktoren aufzunehmen.
Aus dem Stand der Technik sind auch Schwingungstilger bekannt, die Bauteile frequenzselektiv beruhigen können. Ein solcher Schwingungstilger geht beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2015 012 928 A1 hervor. Solche Schwingungstilger werden als makroskopische Bauteile allerdings lokal zur Beruhigung bestimmter Schwingungsmoden eingesetzt, wobei sie auch bezüglich der zu tilgenden Frequenz sehr schmalbandig ausgestaltet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lagermaterial, ein Lager mit einem solchen Lagermaterial und ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Lagermaterials zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Lagermaterial für ein Lager zur akustischen und/oder schwingungstechnischen Abkopplung eines mittels des Lagers gelagerten Teils von seiner Umgebung geschaffen wird, wobei das Lagermaterial zumindest bereichsweise eine Mehrzahl von Tilgermassen aufweist, wobei jede Tilgermasse der Mehrzahl von Tilgermassen zumindest bereichsweise von einem elastischen Hüllmaterial umgriffen ist. Erfindungsgemäß ist insoweit erkannt worden, dass die zuvor beschriebenen Probleme weitgehend umgangen oder gelöst werden können, indem statt einer makroskopischen Tilgermasse eine Mehrzahl von - insbesondere mikroskopischen - Tilgermassen vorgesehen wird, wobei diese Tilgermassen mit einem elastischen Hüllmaterial kombiniert werden. Dies erlaubt eine verbesserte, insbesondere auch breitbandige Beeinflussung der Übertragungsfunktion des Lagermaterials, sodass Schwingungen auch über einen breiten Frequenzbereich effektiv gedämpft werden können. Weiterhin kann das Dämpfungsverhalten des Lagermaterials einfach beispielsweise durch die Verteilung der Tilgermassen beeinflusst werden. Insbesondere kann das Lagermaterial mit einer homogenen Übertragungsfunktion oder mit lokal variierender, räumlich selektiver Übertragungsfunktion, insbesondere mit lokal variierendem Dämpfungsverhalten, ausgestaltet werden. Das Lagermaterial ist einfach und kostengünstig herstellbar, und es bedarf keinerlei aktiver Komponenten.
Die Wirkung des Lagermaterials beruht insbesondere auf zwei physikalischen Effekten, nämlich - als erstem physikalischen Effekt - der Dissipation von Schwingungsenergie, das heißt der Wandlung von mechanischer Energie in Wärmeenergie, was insbesondere in dem die Tilgermassen zumindest bereichsweise umgreifenden, elastischen Hüllmaterial geschieht, wenn die Tilgermassen relativ zu dem elastischen Hüllmaterial bewegt werden. Eine Schwingung führt dann in dem elastischen Hüllmaterial zu einer Verformung, was auf molekularer Ebene und damit letztlich auch makroskopisch zu Rückstellkräften führt, die der Auslenkung oder Verschiebung entgegenwirken. Zugleich findet auch Reibung auf molekularer Ebene statt. Ein Teil der Energie, die in der Verformung gespeichert ist, wird nicht wieder in Bewegung umgesetzt, sondern vielmehr dissipiert. Dieser Vorgang ist selbstverständlich abhängig von den Materialeigenschaften des elastischen Hüllmaterials. Das entsprechende Mikroverhalten in der mikroskopischen Umgebung der Tilgermassen bestimmt letztlich die makroskopischen Übertragungs- und Dämpfungseigenschaften des Lagermaterials.
Zugleich wirken - als zweiter physikalischer Effekt - die Tilgermassen als mikroskopische Tilger, deren Wirkung sich auf die makroskopische Ebene überträgt, wobei insbesondere die Summe der Tilgermassen eine makroskopische Tilgungswirkung erzielt. Die Tilgungswirkung stellt sich dadurch ein, dass die Tilgermassen beim Auftreten einer Schwingung in Resonanz geraten und somit der anregenden Schwingung Energie entziehen. Das Bauteil wird somit in dem entsprechenden Frequenzband beruhigt.
Erfindungsgemäß ist insbesondere erkannt worden, dass das Lagermaterial aus einer Mehrzahl kleiner, insbesondere mikroskopischer Tilgermassen aufgebaut sein kann, die aus einem Massekern bestehen, der ganz oder teilweise mit dem elastischen Hüllmaterial umhüllt ist. Über die Elastizität des Hüllmaterials hinaus ergeben sich dabei innere Reibung und dämpfende Effekte. Diese „Mikrotilger“ können gezielt ausgelegt werden auf die zu tilgenden Frequenzen und die Sicherstellung der Grundfunktion des Lagers, wie statische Steifigkeit, Betriebsfestigkeit, Temperaturbeständigkeit, und so weiter.
Die Tilgermassen sind vorzugsweise voneinander beabstandet, wobei sie besonders bevorzugt durch das elastische Hüllmaterial voneinander beabstandet sind. So kann jede Tilgermasse für sich als Mikrotilger wirken, wobei die Überlagerung der Effekte der verschiedenen Tilgermassen letztlich zu der globalen oder lokalen Dämpfungswirkung des Lagermaterials insgesamt führen.
Dass das Hüllmaterial elastisch ist bedeutet insbesondere, dass das Hüllmaterial elastischer ist als das Material, welches die Tilgermassen aufweisen, oder aus welchem die Tilgermassen bestehen.
Das Material, welches die Tilgermassen aufweisen, oder aus welchem die Tilgermassen bestehen, ist insbesondere spezifisch schwerer als das elastische Hüllmaterial.
Außerdem ist es bevorzugt weniger elastisch als das elastische Hüllmaterial. Besonders bevorzugt ist das Material der Tilgermassen inelastisch. Als Material für die Tilgermassen kommt insbesondere Eisen, Stahl, oder ein anderes schweres Material, insbesondere Metall oder Keramik, in Frage.
Das elastische Hüllmaterial ist vorzugsweise ein Natur- oder Kunststoff, oder ein Stoffgemisch aus wenigstens zwei Natur- und/oder Kunststoffen. Insbesondere kann das Hüllmaterial ein Elastomer oder Gummi aufweisen, oder aus einem Elastomer oder aus Gummi bestehen.
Eine einzelne Tilgermasse der Tilgermassen weist vorzugsweise eine Längserstreckung oder einen Durchmesser von höchstens 1 cm, vorzugsweise von höchstens 5 mm, vorzugsweise von höchstens 2 mm, vorzugsweise von höchstens 1 mm, vorzugsweise von höchstens 500 µm, vorzugsweise von höchstens 200 µm, vorzugsweise von höchstens 10 µm, vorzugsweise von höchstens 1 µm, auf. Letztlich kann die Größe der Tilgermassen bedarfsgerecht angepasst und insbesondere auch kleiner gewählt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das elastische Hüllmaterial eine Matrix bildet, in welche die Tilgermassen eingebettet sind. Insbesondere kann das Lagermaterial aus dem elastischen Hüllmaterial mit den darin eingebetteten Tilgermassen bestehen. Alternativ ist es möglich, dass das Lagermaterial wenigstens eine Schicht aus dem elastischen Hüllmaterial aufweist, wobei in diese Schicht die Tilgermassen eingebettet sind.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Lagermaterial zumindest bereichsweise Partikel, insbesondere sphärische Partikel oder Sphären, aufweist, wobei die Partikel oder Sphären aus dem elastischen Hüllmaterial gebildet sind, wobei in jedem Partikel wenigstens eine Tilgermasse eingebettet ist. Insbesondere auf diese Weise kann eine Vielzahl von separaten Mikrotilgern bereitgestellt werden.
Vorzugsweise weist das Lagermaterial ein sekundäres Matrixmaterial auf, in welches die Partikel aus dem elastischen Hüllmaterial eingebettet sind. Der Begriff „sekundär“ bezieht sich dabei darauf, dass das elastische Hüllmaterial der einzelnen Partikel quasi ein primäres Matrixmaterial für die Tilgermassen darstellt, in welches diese unmittelbar eingebettet sind, wobei die Partikel aus dem elastischen Hüllmaterial selbst wiederum in das sekundäre Matrixmaterial eingebettet sind. Das Lagermaterial kann so besonders komplex und sehr spezifisch auf bestimmte Anforderungen hin abgestimmt werden.
Das sekundäre Matrixmaterial ist vorzugsweise elastisch. Es ist möglich, dass das sekundäre Matrixmaterial von dem elastischen Hüllmaterial verschieden, oder mit diesem identisch ist. Besonders bevorzugt weist es eine Elastizität auf, die verschieden ist von der Elastizität des elastischen Hüllmaterials. Gerade auf diese Weise können die Eigenschaften des Lagermaterials sehr flexibel abgestimmt werden.
Das sekundäre Matrixmaterial ist vorzugsweise ein Natur- oder Kunststoff, oder ein Stoffgemisch aus wenigstens zwei Natur- und/oder Kunststoffen. Insbesondere kann das sekundäre Matrixmaterial ein Elastomer oder Gummi aufweisen, oder aus einem Elastomer oder aus Gummi bestehen.
Vorzugsweise weist das Lagermaterial zumindest eine Schicht auf, die zumindest bereichsweise die Partikel aus dem elastischen Hüllmaterial aufweist, wobei in jedem Partikel mindestens eine Tilgermasse eingebettet ist. Insbesondere weist das Lagermaterial bevorzugt zumindest eine Schicht aus dem sekundären Matrixmaterial auf, in welches die Partikel eingebettet sind.
Die absolute Anzahl von Tilgermassen, die in dem Lagermaterial angeordnet sind, hängt selbstverständlich von der Ausdehnung und Größe des Lagermaterials ab. Eine Anzahldichte der Tilgermassen beträgt aber vorzugsweise von mindestens 5*10^-3/cm³ bis 10⁶/cm³, vorzugsweise bis 10⁵/cm³, vorzugsweise bis 10⁴/cm³, vorzugsweise bis 10³/cm³, vorzugsweise bis 100/cm³, vorzugsweise bis 10/cm³, vorzugsweise bis 1/cm³, vorzugsweise bis 0,1/cm³, vorzugsweise bis 0,01/cm³.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lagermaterial eine homogene, das heißt insbesondere räumlich konstante Verteilung der Tilgermassen aufweist. Auf diese Weise kann ein Lagermaterial mit homogener Übertragungsfunktion bereitgestellt werden.
Alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass das Lagermaterial eine inhomogene, insbesondere lokal variierende Anzahldichte und/oder Massedichte der Tilgermassen aufweist.
Alternativ oder zusätzlich weist das Lagermaterial eine inhomogene, lokal variierende Art und/oder Masse der einzelnen Tilgermassen auf. Die Tilgermassen können insbesondere verschiedene Massen aufweisen, vorzugsweise indem sie aus Materialien verschiedener Dichten gebildet sind und/oder verschiedene Größen aufweisen. Auch die Form der Tilgermassen kann lokal verschieden sein. Auch kann das Material der Tilgermassen bei identischer Größe und/oder Masse und/oder Dichte verschieden sein.
Alternativ oder zusätzlich weist das Lagermaterial eine inhomogene, lokal variierende Art, Größe und/oder Anzahl von Partikeln aus dem elastischen Hüllmaterial auf, wobei in jedem Partikel insbesondere eine Tilgermasse eingebettet ist.
Alternativ oder zusätzlich weist das Lagermaterial eine inhomogene, lokal variierende Elastizität, Schichtdicke, Art, insbesondere chemische Identität, und/oder Form des elastischen Hüllmaterials auf.
Alternativ oder zusätzlich weist das Lagermaterial eine inhomogene, lokal variierende Elastizität, Schichtdicke, Art, insbesondere chemische Identität, und/oder Form chemische Identität des sekundären Matrixmaterials auf, in welches die Partikel eingebettet sind.
Insbesondere mittels der hier spezifisch genannten Inhomogenität und/oder lokalen Variationen ist es möglich, das Übertragungsverhalten des Lagermaterials lokal spezifisch abzustimmen und variabel auszugestalten.
Insbesondere können die hier vorgeschlagenen Mikrotilger mit unterschiedlicher Größe, Masse, elastischem Material, räumlicher Anordnung und in anderer Weise inhomogen ausgeführt werden, um den spezifischen Anforderungen der betrachteten Lagerstelle gerecht zu werden.
Die beschriebenen Inhomogenitäten und/oder lokalen Variationen können stochastisch, oder regulär nach bestimmten Kriterien, insbesondere anhand vorbestimmter Verläufe, ausgestaltet sein.
Die Dämpfungseigenschaften des Lagermaterials können so über weite Bereiche flexibel und/oder lokal variiert werden. Insbesondere kann das Lagermaterial in verschiedene Richtungen ein verschiedenes Dämpfungsverhalten aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lagermaterial einer Mehrzahl von Schichten aufweist, wobei wenigstens eine Schicht die Mehrzahl von Tilgermassen aufweist. Auch auf diese Weise ist es möglich das Lagermaterial spezifisch in seinen Dämpfungseigenschaften auf eine bestimmte Anwendung hin abzustimmen.
Insbesondere ist es möglich, dass das Lagermaterial wenigstens eine erste Schicht aus dem elastischen Hüllmaterial oder dem sekundären Matrixmaterial aufweist, wobei in das elastische Hüllmaterial die Tilgermassen eingebettet sind, oder wobei Partikel aus dem elastischen Hüllmaterial in das sekundäre Matrixmaterial eingebettet sind, wobei wiederum in jeden Partikel mindestens eine Tilgermasse eingebettet ist. Weiterhin weist das Lagermaterial bevorzugt wenigstens eine zweite Schicht aus einem Schichtmaterial auf.
Das Schichtmaterial kann mit dem elastischen Hüllmaterial und/oder mit dem sekundären Matrixmaterial identisch sein, wobei die zweite Schicht jedoch frei ist von Tilgermassen. Es ist aber auch möglich, dass das Schichtmaterial von dem elastischen Hüllmaterial und/oder dem sekundären Matrixmaterial verschieden ist. Vorzugsweise ist das Schichtmaterial elastisch ausgebildet.
Das Lagermaterial kann insbesondere aus einer Abfolge solcher erster und zweiter Schichten bestehen, wobei diese Abfolge beliebig gewählt werden kann. Dabei können auch verschiedene Schichtmaterialien, verschiedene elastische Hüllmaterialien und/oder verschiedene sekundäre Matrixmaterialien eingesetzt werden.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Lager geschaffen wird, welches ein erfindungsgemäßes Lagermaterial oder ein Lagermaterial nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. In Zusammenhang mit dem Lager ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Lagermaterial erläutert wurden.
Schließlich wird die Aufgabe auch gelöst, indem ein Verfahren zum Herstellen eines erfindungsgemäßen Lagermaterials oder eines Lagermaterials nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele geschaffen wird, wobei eine Mehrzahl von Tilgermassen in wenigstens ein elastisches Hüllmaterial eingebettet wird. In Zusammenhang mit dem Verfahren verwirklichen sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Lagermaterial erläutert wurden.
Das Verfahren umfasst bevorzugt wenigstens einen Schritt, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus den folgenden Verfahrensschritten:
Ummanteln einer Mehrzahl von Metallkernen als Tilgermassen mit wenigstens einem Elastomer als elastischem Hüllmaterial; Anlagerung von Gummi an Metallkerne aus der Gasphase, wobei insbesondere kugelige Partikel erhalten werden; Beschichten einer Granulatschicht mit einem elastischen Hüllmaterial und anschließendes mechanisches Zerkleinern der beschichteten Granulatschicht; Dotieren eines elastischen Hüllmaterials, insbesondere eines Elastomers oder Gummis, insbesondere im Herstellungsprozess des elastischen Hüllmaterials, oder nachträglich mittels Verflüssigung des elastischen Hüllmaterials und Hinzufügen von Metallgranulat; Einbringen eines verflüssigten elastischen Hüllmaterials in eine Form und Aushärten des elastischen Hüllmaterials durch Abkühlen, durch einen Sinterprozess und/oder durch Vulkanisieren; schichtweise Aufbauen des Lagermaterials, insbesondere durch wechselweises Einbringen von Metallgranulat und elastischem Hüllmaterial; thermische Behandlung des elastischen Hüllmaterials und/oder des sekundären Matrixmaterials, insbesondere Sintern und/oder Vulkanisieren.
Insbesondere bei einer Anlagerung des elastischen Hüllmaterials aus der Gasphase an eine Tilgermasse kann die Eigenfrequenz des Mikrotilgers über das Verhältnis der Teilchengröße des angelagerten elastischen Hüllmaterials zum Gewicht der Tilgermasse, mithin dem Verhältnis der Schichtdicke des elastischen Hüllmaterials im Verhältnis zum Gewicht der Tilgermasse, bestimmt werden.
Über die Prozessführung beim Herstellungsverfahren kann auch die Verteilung und die Dichte der Tilgermassen, insbesondere des Granulats, in der Matrix des elastischen Hüllmaterials bestimmt werden. Die Auslegung des Tilgungsverhaltens kann insbesondere durch Wahl der Größe und des Gewichts der Tilgermassen, insbesondere der Metallteilchen, sowie deren Dichte im Verhältnis zur Steifigkeit des elastischen Hüllmaterials gewählt werden. Das Granulat stellt insbesondere Tilgermassen bereit, die in das elastische Hüllmaterial und/oder das sekundäre Matrixmaterial eingebettet werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Lagers mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Lagermaterials;
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Lagermaterials und
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Lagermaterials.

1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Lagers 10 mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Lagermaterials 1 zur akustischen und/oder schwingungstechnischen Abkopplung eines mittels des Lagers 10 gelagerten Teils von seiner Umgebung. Das Lagermaterial 1 weist zumindest bereichsweise eine Mehrzahl von Tilgermassen 3 auf, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen hier nur zwei Tilgermassen 3 beispielhaft mit den entsprechenden Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Das Lagermaterial 1 weist insbesondere eine Mehrzahl, insbesondere eine Vielzahl, insbesondere mehr als 10, vorzugsweise mehr als 20, vorzugsweise mehr als 30, vorzugsweise mehr als 40, vorzugsweise mehr als 50, vorzugsweise mehr als 100, vorzugsweise mehr als 1000, insbesondere abhängig von der Größe des Lagermaterials 1 auch mehr als 10000 oder noch mehr solche Tilgermassen 3 auf.
Jede Tilgermasse 3 ist für sich genommen bevorzugt im Vergleich zu der Größe des das Lagermaterial 1 aufweisenden Lagers 10 klein, insbesondere bezüglich einer längsten Dimension um mindestens eine Größenordnung, vorzugsweise um mindestens zwei Größenordnungen kleiner. Insbesondere können die Tilgermassen 3 eine längste Erstreckung, vorzugsweise einen Durchmesser, von höchstens 1 cm, vorzugsweise höchstens 5 mm, vorzugsweise höchsten 2 mm, vorzugsweise höchstens 1 mm, vorzugsweise höchstens 0,5 mm, vorzugsweise höchstens 0,1 mm, vorzugsweise höchstens 0,01 mm, vorzugsweise höchstens 1 µm, aufweisen.
Jede Tilgermasse 3 ist zumindest bereichsweise von einem elastischen Hüllmaterial 5 umgriffen. Auch dieses ist hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur beispielhaft an zwei Stellen bezeichnet.
Aufgrund der Mehrzahl von Tilgermassen 3 in dem Lagermaterial 1 weist dieses Material Eigenschaften derart auf, dass eine innere Tilgungswirkung im Lagermaterial 1 selbst entsteht. Diese Tilgungswirkung ergibt sich zum einen aus der Trägheit der Tilgermassen 3 in Kombination mit der Elastizität des elastischen Hüllmaterials 5, zum anderen aus innerer Reibung der Tilgermassen 3 und/oder des elastischen Hüllmaterials 5 in dem Lagermaterial 1, und somit der Dissipation von Schwingungsenergie in Wärme. Somit weist das Lagermaterial 1 insbesondere außer seiner Elastizität auch innere Reibung und dämpfende Effekte auf.
Mittels der Mehrzahl der Tilgermassen 3 kann das Lagermaterial 1 spezifisch auf eine gewünschte Anwendung abgestimmt werden. Insbesondere können breitbandige Abkopplungen durch die Verwendung verschieden ausgelegter Tilgermassen und/oder elastischer Hüllmaterialien 5, insbesondere durch gezielt eingebrachte Inhomogenitäten in dem Lagermaterial 1 sowie die räumliche Anordnung der Tilgermassen 3 und/oder des elastischen Hüllmaterials 5 räumlich selektiv ausgeführt werden.
Im Übrigen ist nicht zwingend jeder Tilgermasse 3 dasselbe elastische Hüllmaterial 5 zugeordnet, vielmehr können verschiedenen Tilgermassen 3 verschiedene elastische Hüllmaterialien 5 zugeordnet sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist bevorzugt vorgesehen, dass das elastische Hüllmaterial 5 eine Matrix bildet, in welche die Tilgermassen 3 eingebettet sind (siehe 3).
Bei dem hier dargestellten, ersten Ausführungsbeispiel des Lagermaterials 1 weist dieses zumindest bereichsweise Partikel 7, insbesondere Sphären, auf, die aus dem elastischen Hüllmaterial 5 gebildet sind, wobei in jedem solchen Partikel 7 mindestens eine Tilgermasse 3 eingebettet ist. Auch die Partikel 7 sind hier der besseren Übersichtlichkeit wegen nur an zwei Stellen mit Bezugszeichen bezeichnet. Das Lagermaterial 1 weist außerdem ein sekundäres Matrixmaterial 9 auf, in welches wiederum die Partikel 7 eingebettet sind. Auch das sekundäre Matrixmaterial 9 ist bevorzugt elastisch. Dabei kann eine Abstimmung der Elastizität des sekundären Matrixmaterials 9 im Verhältnis zu der Elastizität des elastischen Hüllmaterials 5 weiter dazu verwendet werden, die Dämpfungseigenschaften des Lagermaterials 1 in gewünschter Weise abzustimmen.
Das erste Ausführungsbeispiel des Lagermaterials 1 weist neben einer ersten Schicht 11 aus dem sekundären Matrixmaterial, in welche die Partikel 7 mit den Tilgermassen 3 eingebettet sind, wenigstens eine zweite Schicht 13 aus wenigstens einem vorzugsweise elastischen Schichtmaterial auf.
Das Lagermaterial 1 ist hier zwischen zwei Lagerschalen 15 des Lagers 10 angeordnet.
Es ist möglich, dass das Lagermaterial 1 eine homogene Verteilung der Tilgermassen 3 aufweist.
Besonders bevorzugt weist das Lagermaterial 1 aber eine lokal variierende, inhomogene Anzahldichte und/oder Massedichte der Tilgermassen 3, und/oder eine lokal variierende Art und/oder Masse der Tilgermassen 3, und/oder eine lokal variierende Art, Größe und/oder Anzahl der Partikel 7 aus dem elastischen Hüllmaterial 5, und/oder eine lokal variierende Elastizität, Schichtdicke, Größe, Art und/oder Form des elastischen Hüllmaterials 5, und/oder eine lokal variierende Elastizität, Schichtdicke, Größe, Art und/oder Form des sekundären Matrixmaterials auf.
Bei dem ersten Ausführungsbeispiel des Lagermaterials 1 gemäß 1 ist eine reguläre Verteilung verschiedener Partikel 7 vorgesehen. So ist hier beispielsweise in einem zentralen Bereich ein großes Partikel 7.1 angeordnet, der von einer Mehrzahl kleiner Partikel 7.2 umgeben ist. Um die Anordnung der kleinen Partikel 7.2 herum sind wiederum mittelgroße Partikel 7.3 vorgesehen. Solche regulären Anordnungen verschiedener Tilgermassen 3 oder elastischer Hüllmaterialien 5, insbesondere von Partikeln 7, können gezielt genutzt werden, um die Dämpfungseigenschaften des Lagermaterials 1 räumlich selektiv abzustimmen.
2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels des Lagermaterials 1. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Bei diesem zweiten Ausführungsbeispiel sind verschiedene Tilgermassen 3 und/oder elastische Hüllmaterialien 5, insbesondere Partikel 7, stochastisch in dem Lagermaterial 1 verteilt.
3 zeigt eine Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels des Lagermaterials 1. Das Lagermaterial 1 weist hier zwei erste Schichten 11, 11' mit Tilgermassen 3 auf, die durch eine zweite Schichte 13 aus einem Schichtmaterial voneinander beabstandet sind. Das Lagermaterial 1 weist darüber hinaus weitere zweite Schichten 13', 13" auf. Die zweiten Schichten 13, 13', 13" können verschiedene Schichtmaterialien oder gleiche Schichtmaterialien aufweisen. Durch die Wahl der Dichte oder Stärke der weiten Schichten 13, 13', 13" sowie der Elastizität des jeweiligen Schichtmaterials können die Dämpfungseigenschaften des Lagermaterials 1 weiter beeinflusst und auf eine bestimmte Anwendung zugeschnitten werden. Das Lagermaterial 1 weist also insbesondere eine schichtweise Ausbildung mit wenigstens einer, hier zwei die Tilgermassen 3 aufweisenden ersten Schicht(en) 11 auf.
Im Übrigen sind die Tilgermassen 3 hier in den ersten Schichten 11, 11' in eine Matrix eingebettet, welche durch das elastische Hüllmaterial 5 gebildet wird.
Das Lagermaterial wird bevorzugt hergestellt, indem eine Mehrzahl von Tilgermassen 3 in wenigstens ein elastisches Hüllmaterial 5 eingebettet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015012928 A1 [0009]

Claims

Lagermaterial (1) für ein Lager (10) zur akustischen und/oder schwingungstechnischen Abkopplung eines mittels des Lagers (10) gelagerten Teils von seiner Umgebung, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermaterial (1) zumindest bereichsweise eine Mehrzahl von Tilgermassen (3) aufweist, wobei jede Tilgermasse (3) zumindest bereichsweise von einem elastischen Hüllmaterial (5) umgriffen ist.
Lagermaterial (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) das elastische Hüllmaterial (5) eine Matrix bildet, in welche die Tilgermassen (3) eingebettet sind, und/oder b) das Lagermaterial zumindest bereichsweise Partikel (7) aus dem elastischen Hüllmaterial (5) aufweist, wobei in jeden Partikel (7) mindestens eine Tilgermasse (3) eingebettet ist.
Lagermaterial (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermaterial (1) eine homogene Verteilung der Tilgermassen (3) aufweist.
Lagermaterial (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermaterial eine lokal variierende a) Anzahldichte und/oder Massedichte der Tilgermassen (3), und/oder b) Art und/oder Masse der Tilgermassen (3) und/oder c) Art, Größe und/oder Anzahl der Partikel (7) aus dem elastischen Hüllmaterial (5), und/oder d) Elastizität, Schichtdicke, Art und/oder Form des elastischen Hüllmaterials (5), und/oder e) Elastizität, Schichtdicke, Art und/oder Form eines sekundären Matrixmaterials (9), in welches Partikel (7) aus dem elastischen Hüllmaterial (5) eingebettet sind, aufweist.
Lagermaterial (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagermaterial (1) schichtweise mit wenigstens einer die Tilgermassen (3) aufweisenden Schicht (11) ausgebildet ist.
Lager (10), mit einem Lagermaterial (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zum Herstellen eines Lagermaterials (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Tilgermassen (3) in wenigstens ein elastisches Hüllmaterial (5) eingebettet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren wenigstens einen Schritt umfasst, ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus: Ummanteln einer Mehrzahl von Metallkernen als Tilgermassen (3) mit wenigstens einem Elastomer als elastischem Hüllmaterial (5); Anlagerung von Gummi an Metallkerne aus der Gasphase, wobei insbesondere kugelige Partikel erhalten werden; Beschichten einer Granulatschicht mit einem elastischen Hüllmaterial (5) und anschließendes mechanisches Zerkleinern der beschichteten Granulatschicht; Dotieren eines elastischen Hüllmaterials (5), insbesondere eines Elastomers oder Gummis, insbesondere im Herstellungsprozess des elastischen Hüllmaterials (5), oder nachträglich mittels Verflüssigung des elastischen Hüllmaterials (5) und Hinzufügen von Metallgranulat; Einbringen eines verflüssigten elastischen Hüllmaterials (5) in eine Form und Aushärten des elastischen Hüllmaterials (5) durch Abkühlen, durch einen Sinterprozess und/oder durch Vulkanisieren; schichtweise Aufbauen des Lagermaterials (1), insbesondere durch wechselweises Einbringen von Metallgranulat und elastischem Hüllmaterial; und thermische Behandlung des elastischen Hüllmaterials (5) und/oder des sekundären Matrixmaterials (9), insbesondere Sintern und/oder Vulkanisieren.