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Die Erfindung betrifft eine Kopplungsvorrichtung zur schwingungs-/schallmäßig entkoppelnden Befestigung eines flächigen Bauteils, z. B. einem Abschirmteil, insbesondere einem Wärme- oder Schallabschirmteil an einem schwingenden Bauteil nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine gattungsgemäße Kopplungsvorrichtung ist aus der
EP 3 293 411 A1 bekannt.
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Ein weiteres schwingungsdämpfendes Lager ist aus der
EP 1 548 246 B1 bekannt. Dort wird ein schwingungsdämpfendes Lager offenbart, bei dem ein Bünde aufweisendes Hülsenelement eine Öffnung eines Federelementes durchgreift und die Bünde den radialen Innenbereich des federnden Elements, welches als Drahtgestrick ausgebildet sein kann, einfassen. Das Federelement hat gegenüber dem Hülsenelement sowohl in Axialrichtung wie auch in Radialrichtung Spiel. Bei einem derartigen schwingungsdämpfenden Lager ist von Nachteil, dass in einem Ausgangszustand das Hülsenelement gegenüber dem Federelement und deswegen auch gegenüber einem flächigen Bauteil, welches mit dem schwingungsdämpfenden Lager befestigt werden soll, nicht exakt geführt ist und wackeln kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Entkopplungsvorrichtung zur schwingungs- und schallmäßigen entkoppelnden Befestigung eines flächigen Bauteils an einem schwingenden Bauteil anzugeben, welches hinsichtlich seiner schwingungsdämpfenden Eigenschaften einen gegen über dem gattungsgemäßen Stand der Technik vergrößerten Frequenzbereich mit hohen Dämpfungsvermögen aufweist. Des Weiteren soll die schwingungs- und schallmäßige Dämpfungscharakteristik der erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung sowohl in Axial- wie auch in Radialrichtung wirksam sein.
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Weiterhin soll die erfindungsgemäße Entkopplungsvorrichtung leicht montierbar, insbesondere mit minimalen Handlingsaufwand montierbar sein.
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Des Weiteren ist es Aufgabe einer erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung in zumindest einer der Ausführungsformen eine minimale Anzahl von Bauteilen zu benötigen.
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Diese Aufgaben werden mit einer Entkopplungsvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß wurde erkannt, dass eine erfindungsgemäße Entkopplungsvorrichtung aufweist:
- - ein Hülsenelement mit einem Durchgangsloch zur Aufnahme eines Befestigungselementes und mit zwei in einer Axialrichtung beabstandet zueinander angeordneten umlaufenden Bünden;
- - mindestens ein Federdämpferelement eines ersten Typs, dessen radial innerer Bereich das Hülsenelement auf einem axialen Niveau zwischen den Bünden umgibt;
- - mindestens ein Federdämpferelement eines zweiten Typs, welches das Hülsenelement mit seinem radial inneren Bereich auf einem axialen Niveau zwischen den Bünden umgibt;
- - das Federdämpferelement des ersten Typs in seinem radialen Außenbereich, das in einem ersten Aufnahmebereich eines Kopplungsgliedes eingefasst und aufgenommen ist und das Kopplungsglied einen zweiten Aufnahmebereich aufweist, der dazu eingerichtet und ausgebildet ist, einen radial inneren Randbereich einer Ausnehmung eines flächigen Bauteiles einzufassen,
wobei das Federdämpferelement des zweiten Typs sich zumindest axial oder sowohl axial als auch radial spielfrei am Hülsenelement abstützt, wobei es sich mit einem radial äußeren Bereich auf einer der Axialrichtung zugewandten Fläche des Federdämpferelements vom ersten Typ radial innerhalb des Kopplungsglieds in Axialrichtung ohne Vorspannung oder federnd vorgespannt abstützt und eine konische Spiralfeder ist, welche aus einer entspannten Ausgangslage sowohl in Axial-/ wie auch in Radialrichtung federnd verformbar ist und sich radial innen an einer in Axialrichtung zur anderen Bundfläche weisenden Bundfläche eines der Bünde abstützt.
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Mit einer solchen Entkopplungsvorrichtung gelingt es, eingetragene Schwingungen über einen weiten Frequenzbereich von einem zu entkoppelnden Bauteil abzuhalten. Mit dem Federdämpferelement des zweiten Typs in der Ausgestaltung einer konischen Spiralfeder konnte ein progressiv wirkendes Federelement gefunden werden, mit welchem eine Erstauslenkung des Hülsenelements relativ zum flächigen Bauteil federnd aufgefangen werden kann. Insbesondere bei niederfrequenten Schwingungen mit relativ hohen Amplituden kann das Federdämpferelement des ersten Typs diesen Schwingungen gut folgen und diese entsprechend abfedern bzw. dämpfen. Die Dämpfung derartiger Schwingungen erfolgt über einen Reibschluss zwischen dem radial äußeren Bereich des Federdämpferelements des zweiten Typs mit einer in Axialrichtung weisenden Fläche des Federdämpferelements des ersten Typs. Eine Schwingung, deren Amplitude groß genug ist, dass dieser Haftreibungsschluss überwunden wird, erfährt durch die reibende, insbesondere gleitreibende Wechselwirkung zwischen den Federdämpferelementen eine hohe Dämpfung.
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Auch in Axialrichtung kann mit dem erfindungsgemäß ausgewählten Federdämpferelement des zweiten Typs eine progressive Federkennlinie für eine Auslenkung aus einer Nulllage erreicht werden. Mit zunehmender Auslenkung in Axialrichtung stützen sich mehr und mehr Windungen der konischen Spiralfeder auf dem Federdämpferelement des ersten Typs ab und erhöhen somit die Anzahl der Windungen bzw. die Größe des Kontaktbereiches zwischen dem Federelement des ersten Typs und dem Federelement des zweiten Typs.
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Des Weiteren wird das Federdämpferelement des ersten Typs mit zunehmender axialer Auslenkung und zunehmender Abstützung weiterer Windungen des Federdämpferelements des zweiten Typs stärker in Anspruch genommen, wobei sich zum einen die Axialkraft auf das Federdämpferelement des ersten Typs erhöht und auch ein wirksamer Hebelarm der Abstützkraft sich radial nach innen verlagert. Hierdurch entsteht ein größerer Biegehebelarm relativ zur in Radialrichtung festen Einspannstelle im radial äußeren Bereich des Federdämpferelements des ersten Typs, so dass eine zunehmende elastische Verformung des Federdämpferelements des ersten Typs stattfindet. Das Federdämpferelement des ersten Typs ist, z. B. als Drahtgestrick ausgebildet, welches aufgrund innerer Reibung der einzelnen Drahtabschnitte, die sich untereinander berühren, einen hohen Dämpfungsfaktor besitzt.
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Des Weiteren ist von besonderem Vorteil, dass durch die in Reihe Schaltung des Federdämpferelements des zweiten Typs, welches anfangs, d. h. bei geringen Amplituden alleine beansprucht wird, und des Federdämpferelements des ersten Typs, welches bei einer maximalen Auslenkung des Federdämpferelements des ersten Typs zusammen mit diesem verformt wird, die Gesamtfedercharakteristik und/oder die Gesamtdämpfungscharakteristik der Entkopplungsvorrichtung in Axialrichtung anwendungsspezifisch angepasst werden kann.
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In Radialrichtung wirken demgegenüber andere Mechanismen. Zunächst wird federnd eine Radialauslenkung durch das Federdämpferelement des zweiten Typs aufgefangen. Bei weitergehender Auslenkung, d. h. bei höher werdender Amplitude, übertrifft die Reaktionsfederkraft in Radialrichtung eine Reibkraft in Radialrichtung zwischen dem Federdämpferelement des ersten Typs und dem Federdämpferelement des zweiten Typs, so dass eine Überwindung der Haftreibung auftritt und eine reibgedämpfte Verschiebung des Federdämpferelements des zweiten Typs gegenüber dem Federdämpferelement des ersten Typs stattfindet. Dies kann so lange geschehen, bis das Federdämpferelement des ersten Typs mit seinem radial inneren Rand am Hülsenelement ansteht. In diesem Zustand wirkt neben einer Restfederkraft des Federdämpferelements des zweiten Typs in Radialrichtung hauptsächlich verschiebungsbegrenzend eine radiale Federkraft des Federdämpferelements des ersten Typs.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsvorrichtung zwei Federdämpferelemente des zweiten Typs aufweist, wobei je ein Federdämpferelement mit einer axialen Innenseite eines der Bünde und mit einer in Axialrichtung weisenden Seite des Federdämpferelementes des ersten Typs zusammenwirkt.
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Durch oben genannte Maßnahme gelingt es, die axiale Federcharakteristik einer erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung symmetrisch auszugestalten und in beiden axialen Auslenkungsrichtungen zunächst eine nahezu ungedämpfte, rein federnde Abstützung von axialen Auslenkungen zu erreichen.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Federdämpferelement des ersten Typs eine Lochscheibe mit einer vorbestimmten Dicke ist, wobei die Lochscheibe aus einem Drahtgestrick, insbesondere einem Metalldrahtgestrick gebildet ist.
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Grundsätzlich ist als Federdämpferelement des ersten Typs jede Lochscheibe geeignet, welche in einer Axialrichtung der Entkopplungsvorrichtung federnd durchbiegbar ist. Prinzipiell sind also auch Federscheiben oder dergleichen geeignet. Ganz besonders bevorzugt ist die Lochscheibe jedoch aus einem Drahtgestrick ausgebildet, welches sich hinsichtlich seiner Einzelfedercharakteristik, die grundsätzlich eine progressive Federcharakteristik ist, gut zur Kombination mit der progressiven Federcharakteristik der konischen Spiralfeder eignet.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement bezüglich dem Federdämpfungselement des ersten Typs sowohl radial wie auch axial Spiel aufweist, wobei einer axialen und/oder radialen Verlagerung des Hülsenelements relativ zum Federdämpfungselement des ersten Typs aus einer Ausgangslage zunächst hauptsächlich, d. h. wenigstens überwiegend durch das Federdämpfungselement des zweiten Typs entgegengewirkt wird.
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Die oben genannte Ausführungsform führt insbesondere zu einer besonders geräuscharmen Dämpfung hoher Frequenzen mit niedrigen Amplituden, da das Hülsenelement innerhalb des Axial- und Radialspiels relativ zum Federdämpferelement des ersten Typs frei schwingen kann und lediglich durch das Federdämpferelement des zweiten Typs abgestützt ist, welches ohne Materialkollisionen, d. h. ohne dass ein Bauteil gegen ein anderes schlägt, eine federnde Abstützung des Hülsenelements gewährleistet. Aufgrund dieser besonders weichen Abstützung durch das Federdämpferelement des zweiten Typs ergibt sich eine verstärkte Isolationswirkung hochfrequenter Schwingungen. Hierdurch ist die Geräuschemission insbesondere bei niedrigen Schwingungsamplituden deutlich verringert.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Mindestverlagerungsweg in axialer Richtung das Federdämpfungselement des zweiten Typs sich am Federdämpferelement des ersten Typs abstützt, so dass eine weitergehende axiale Verlagerung des Hülsenelements relativ zum flächigen Bauteil, unter Verformung sowohl des Federdämpferelements des ersten Typs wie auch des mindestens einen Federdämpferelements des zweiten Typs erfolgt.
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Bei einer derartigen Ausführungsform ist es vorteilhaft, dass die Auslenkung in axialer Richtung im Wesentlich durch die Federdämpfercharakteristik des Federdämpferelements des ersten Typs beeinflusst wird, da eine Federscheibe oder insbesondere das Drahtgestrick üblicherweise eine höhere Federhärte aufweist als entsprechend vorteilhaft einzusetzende konische Spiralfedern.
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Im Ergebnis handelt es sich bei derartigen Auslenkungszuständen um eine Parallelschaltung der Federdämpferelemente des ersten und des zweiten Typs.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Federdämpferelement des zweiten Typs in Radialrichtung mit seinem radial äußeren Endbereich auf dem Federdämpferelement des ersten Typs gleitend verschieblich ist.
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Durch die gleitende Verschieblichkeit, insbesondere auch durch Beeinflussung des Reibkoeffizienten zwischen den beiden Typen von Federdämpferelementen kann eine radiale Dämpfungscharakteristik in weiten Grenzen einfach eingestellt werden.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass eine Federhärte des Federdämpferelements des zweiten Typs sowohl in Axial- wie auch in Radialrichtung niedriger ist als eine entsprechende Federhärte des Federdämpfungselements des ersten Typs.
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Mit einer derartigen Konfiguration der Federhärten der Federdämpferelemente der beiden Typen gelingt es, eine hochfrequente Schwingung hauptsächlich über das Federdämpferelement des zweiten Typs abzufangen, welches in der Lage ist, niedrigen Amplituden flink zu folgen. Bei hohen Amplituden einer niederfrequenten Schwingung wirkt zusätzlich das Federdämpferelement des ersten Typs dämpfend.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass in einer Ausgangsstellung das Federdämpferelement des zweiten Typs das zumindest eine Federdämpferelement des zweiten Typs mit seinem radial inneren Bereich in Axialrichtung einen Abstand zum Federdämpferelement des ersten Typs aufweist.
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Mit dieser Ausführungsform kann sichergestellt werden, dass ein radial relativ großer Bereich vorhanden ist, in dem sich das Federdämpferelement ohne zusätzliche radiale Abstützungseffekte gleitend auf der in Axialrichtung weisenden Seite des Federdämpferelements des ersten Typs bewegen kann.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Federdämpferelement des zweiten Typs in einer Ausgangsstellung lediglich mit seinem radial äußersten Bereich, d. h. mit der radial äußersten Windung der konischen Spiralfeder auf dem Federdämpferelement des ersten Typs in Axialrichtung aufliegt und sich dort abstützt.
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Mit dieser Ausgestaltung gelingt eine besonders hohe axiale Wegaufnahmefähigkeit, da nahezu der gesamte Hub der konischen Spiralfeder aus ihrer Einbaulage bis hin zu einer Verformung der konischen Spiralfeder in Axialrichtung in eine Ebene genutzt werden kann.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Loches im Federdämpferelement des ersten Typs gleich oder größer ist als der größte Außendurchmesser eines der Bünde des Hülsenelements.
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Hierdurch kann ein großer radialer Bewegungsspielraum geschaffen werden, welcher durch radiale Verspannung bzw. radiale Abstützung durch das Federelement des zweiten Typs aufgefangen werden kann.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement zweiteilig ausgebildet ist, wobei jedes der Hülsenteilelemente mindestens einen ersten Abschnitt besitzt, der im zusammengebauten Zustand des Hülsenelements einen der Bünde bildet und mindestens einen zweiten Abschnitt besitzt, der im zusammengebauten Zustand des Hülsenelements wenigstens einen Teil der radial nach außen weisenden Fläche, insbesondere Zylinderfläche, zwischen den Bünden bildet.
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Mit einer derartigen Gestaltung des Hülsenelements ist es in bevorzugter Art und Weise möglich, für die Montage jeweils mindestens eine konische Spiralfeder einem der Hülsenteilelemente vorab zuzuordnen und durch Durchstecken und Verpressen der Hülsenteilelemente durch das Federdämpferelement des ersten Typs in einfacher Art und Weise eine Montierbarkeit der Entkopplungsvorrichtung sicherzustellen.
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Des Weiteren ist von Vorteil, dass zur Befestigung des Federdämpferelements am radialen Innenbereich der Ausnehmung im flächigen Bauteil gegebenenfalls noch keine Hülsen oder Federdämpferelemente des zweiten Typs störend vorhanden sind.
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In einer besonderen Ausführungsform ist die Entkopplungsvorrichtung dadurch gekennzeichnet, dass das Hülsenelement einteilig ausgebildet ist und mindestens ein Bund durch ein nach außen und von außen nach innen verlaufendes Umlegen eines im Vergleich zur Zylinderwandung dünneren Hülsenkragen eines Hülsenrohlings gebildet ist.
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Bei dieser Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft, dass eine Minimalzahl von Bauteilen erreichbar ist, da ein lediglich einteiliges Hülsenelement Verwendung findet, welches durch plastische Umformung seinen zweiten Kragen ausbildet.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
- 1a: einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung in einer Schnittebene, welche durch eine Mittelachse der Entkopplungsvorrichtung läuft;
- 1b: eine Seitenansicht auf eine konische Spiralfeder, welche zur Ausbildung einer erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung geeignet ist;
- 2: eine perspektivische Draufsicht auf die Entkopplungsvorrichtung gemäß 1;
- 3a, 3b: schematisch einen Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung in einem Vormontagezustand und in einem endmontierten Zustand mit einem einteiligen Hülsenelement.
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1 zeigt einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Entkopplungsvorrichtung 1, welche an einem flächigen Bauteil, z. B. einem Abschirmsystem, insbesondere einem Wärmeabschirmteil 2 befestigt ist und gegen ein schwingendes Bauteil 3 gesetzt ist. Das schwingende Bauteil 3 ist dasjenige Bauteil, welches mechanische Schwingungen unterschiedlicher Frequenzen und unterschiedlicher Amplituden in die Entkopplungsvorrichtung 1 einträgt. Aufgabe der Entkopplungsvorrichtung 1 ist es, diese Vielzahl unterschiedlicher Schwingungen möglichst vom flächigen Bauteil 2 fernzuhalten.
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Die Entkopplungsvorrichtung 1 besitzt ein Hülsenelement 4. Das Hülsenelement 4 hat ein Durchgangsloch 5, durch welches ein Befestigungselement (nicht gezeigt) gesteckt werden kann. Mittels des Befestigungselements kann die Entkopplungsvorrichtung 1 am schwingenden Bauteil 3 befestigt werden. Geeignete Befestigungselemente sind beispielsweise Schrauben, die in ein Gewinde des schwingenden Bauteils 3 eingreifen oder Bolzen, welche vom schwingenden Bauteil 3 abstehen und das Durchgangsloch 5 durchgreifen.
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Eine Längsrichtung des Durchgangslochs 5 sei als Axialrichtung A definiert.
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Eine senkrecht hierzu angeordnete Richtung sei als Radialrichtung R definiert.
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Das Hülsenelement 4, welches im vorliegenden Fall in der Ausführungsform gemäß 1a zweiteilig ausgebildet ist, weist einen ersten, näher am schwingenden Bauteil 3 liegenden Bund 6 und einen zweiten, weiter beabstandet angeordneten Bund 7 auf.
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Um einen zylindrischen Abschnitt 8 herum, d. h. das Hülsenelement 4 umgebend, ist ein Federdämpferelement 9 des ersten Typs angeordnet. In gleicher Art und Weise, den zylindrischen Abschnitt 8/das Hülsenelement 4 umgebend, sind in der Ausführungsform gemäß 1a zwei Federelemente 10 eines zweiten Typs vorgesehen. Das Federdämpferelement 9 des ersten Typs ist scheibenartig, beispielsweise als Lochscheibe ausgebildet, welche zumindest in Axialrichtung A federn kann. Das Federdämpferelement 9 kann dabei aus Massivmaterial oder bevorzugt als Drahtgestrick ausgebildet sein. Die Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs sind konische Spiralfedern 11, welche insbesondere im Zusammenhang mit 1b näher erläutert werden.
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Das Federdämpferelement 9 des ersten Typs ist in seinem radialen Außenbereich von einem ersten Aufnahmebereich 12 eines Kopplungsgliedes 13 eingefasst und aufgenommen. Weiterhin besitzt das Kopplungsglied 13 einen zweiten Aufnahmebereich 14, der dazu eingerichtet und ausgebildet ist, einen radial inneren Randbereich einer Ausnehmung 15 des flächigen Bauteils/des Wärmeabschirmteils 2 einzufassen.
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Jedes der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs stützt sich axial wie auch bevorzugt radial spielfrei am Hülsenelement 4 ab, wobei es sich mit einem radial äußeren Bereich auf einer der Axialrichtung A zugewandten Fläche 16a des Federdämpferelements vom ersten Typ in Axialrichtung A federnd oder federnd vorgespannt abstützt. Die Abstützung erfolgt hierbei in Radialrichtung R gesehen innerhalb des Kopplungsgliedes 13 und ist bevorzugt so in Radialrichtung R gesehen angeordnet, dass bei einer maximalen Verschiebung des Hülsenelements 4 bezüglich des Federdämpferelements 9 des ersten Typs eine Berührung des Federdämpferelements 10 des zweiten Typs mit dem Kopplungsglied 13 nicht stattfindet. Gegenüberliegend zur Fläche 16a stützt sich symmetrisch auf der zur Fläche 16a entgegengesetzten Fläche 16b des Federdämpferelements 9 des ersten Typs ein zweites Federdämpferelement 10 des zweiten Typs axial oder axial vorgespannt ab und ist symmetrisch zum ersten Federdämpferelement 10 des zweiten Typs ausgebildet. Die Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs sind in dieser montierten Stellung derart angeordnet, dass nur die radial äußersten Windungen das Federdämpferelement des ersten Typs berühren. Die radial weiter innen liegenden Windungen der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs sind in der vorbeschriebenen Ausgangsstellung gemäß 1a in Axialrichtung beabstandet von dem Federdämpferelement 9 des ersten Typs angeordnet. Die radial innersten Windungen der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs liegen in Axialrichtung A an einer ersten Bundfläche 17 und einer zweiten Bundfläche 18 der Bünde 6, 7 an oder sind vorgespannt, wodurch diese somit spielfrei anliegen.
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In Radialrichtung R sind die Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs ebenfalls am zylindrischen Abschnitt 8 nahezu spielfrei anliegend ausgebildet.
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Durch die Auflage oder Vorspannung der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs auf den Flächen 16a, 16b entsteht eine Reibungskraft zwischen den Federdämpferelementen 10 des zweiten Typs und dem Federdämpferelement 9 des ersten Typs, deren Grö-ße durch die axiale Anpresskraft bzw. die axiale Vorspannkraft eingestellt werden kann. Das Federdämpferelement 9 des ersten Typs weist gegenüber dem Hülsenelement 4 in Radialrichtung R ein Spiel auf, welches in einer besonders bevorzugten Ausführungsform umlaufend gleich oder größer ist als der radiale Überstand der Bünde 6, 7 gegenüber dem zylindrischen Abschnitt 8, so dass es theoretisch möglich ist, das Hülsenelement 4 mit beiden Bünden 6, 7 durch die zentrale Öffnung des Federdämpferelements 9 des ersten Typs hindurchzustecken.
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In der erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung 1 ist somit das Federdämpferelement 9 des ersten Typs nicht von den Bünden 6, 7 eingefasst. Eine Einfassung in Axialrichtung A erfolgt lediglich durch die Bünde 6, 7 relativ zu den radial inneren Windungen der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs.
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Somit wirkt also jedes Federdämpferelement des zweiten Typs 10 radial innen mit axialen Innenseiten 19a, 19b eines der Bünde 6, 7 und radial außen mit der korrespondierenden, in Axialrichtung A weisenden Fläche 16a, 16b des Federdämpferelements 9 des ersten Typs zusammen.
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Das Federdämpferelement des ersten Typs ist als Lochscheibe mit einer vorbestimmten Dicke d ausgebildet, und ist in bevorzugter Art und Weise aus einem Drahtgestrick 20 gebildet.
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Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung kurz erläutert.
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Eine erfindungsgemäße Entkopplungsvorrichtung 1 ist im Querschnitt in einer Ausgangsstellung in 1a dargestellt. Hierbei sitzen die Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs in Radialrichtung R nahezu spielfrei, insbesondere federnd oder federnd vorgespannt auf dem Hülsenelement 4 und sind in Axialrichtung A gegen die Bünde 6, 7 anliegend oder spielfrei vorgespannt.
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Des Weiteren liegen radial äußere Bereiche der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs in Axialrichtung A auf den Flächen 16a, 16b des Federdämpferelements 9 des ersten Typs auf oder sind vorgespannt, so dass eine Reibkraft zwischen den Federdämpferelementen 10 des zweiten Typs und dem Federdämpferelement 9 des ersten Typs auftritt.
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Wird nunmehr über das schwingende Bauteil 3 eine mechanische Schwingung auf das Hülsenelement 4 übertragen, so wird diese Schwingung zunächst hauptsächlich von dem Federdämpferelementen 10 des zweiten Typs aufgefangen. In Axialrichtung A geschieht dies, indem die Windungen, welche radial weiter innen und axial beabstandet zum Federdämpferelement 9 des ersten Typs angeordnet sind, aufgrund der federnden Eigenschaft der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs (konische Spiralfeder 11) diese Schwingung aufnehmen. Dies gilt bis zu einer Amplitudenhöhe, ab der die radial inneren Windungen eines der Federdämpferelemente des zweiten Typs auf dem Federdämpferelement 9 des ersten Typ aufliegen und somit eine weitere federnde Aufnahme von Schwingungen durch das verformte Federdämpferelement 10 des zweiten Typs alleine nicht mehr möglich ist. Ab einer solchen Amplitudenhöhe wirken das verformte Federdämpferelement 10 des zweiten Typs und das Federdämpferelement 9 des ersten Typs, welches in dieser Betriebsstellung das verformte Federdämpferelement 10 des zweiten Typs großflächiger abstützt, als in parallel geschaltene Federn für weitere Auslenkungen in Axialrichtung A, so dass ab diesem Zeitpunkt bei weiterer Erhöhung der Schwingungsamplitude eine gemeinsame Verformung des Federdämpferelements 9 des ersten Typs und des Federdämpferelements 10 des zweiten Typs erfolgt. Das Federdämpferelement 9 des ersten Typs weist in Axialrichtung A und in Radialrichtung R bevorzugt eine höhere Federrate auf als die Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs.
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Wird eine Schwingung vom schwingenden Bauteil 3 in das Hülsenelement 4 eingetragen, welche in Radialrichtung R ausgerichtet ist oder wenigstens eine Radialkomponente besitzt, so wird diese Schwingung auch in Radialrichtung R zunächst durch die Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs aufgefangen, welche in der bevorzugten Ausgestaltung als konische Spiralfeder 11 mit radialen Lücken zwischen den Windungen so lange eine radiale Bewegung aufnehmen können, bis entweder die Windungen in Radialrichtung R auf Block liegen oder bis die Reibkraft der radial äußersten Windung der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs gegenüber dem Federdämpferelement 9 des ersten Typs überwunden ist.
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Besitzt die eingetragene Schwingung eine Radialkomponente R mit größerer Amplitude, so gelangt ab einer bestimmten Amplitudenhöhe das Federdämpferelement 9 des ersten Typs mit dem Rand seines Loches in Berührung mit dem zylindrischen Abschnitt 8 des Hülsenelements 4. Ab diesem Zeitpunkt ist bei weiter steigender Amplitude eine Parallelschaltung des Federdämpferelements 9 des ersten Typs und der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs gegeben, wobei auch in Radialrichtung R bevorzugt die Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs eine geringere Federsteifigkeit haben als das Federdämpferelement 9 des ersten Typs.
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Mit dieser Anordnung gelingt es, ein breites Spektrum von Schwingungsfrequenzen mit einem breiten Spektrum vom Amplitudenhöhen der auftretenden Schwingungen zuverlässig und zu einem großen Anteil von einem flächigen Bauteil 2 zu entkoppeln. Des Weiteren besitzt eine Entkopplungsvorrichtung 1 mit einem bestimmten Federdämpferelement 9 des ersten Typs eine hohe Variabilität zur Anpassung an verschieden auftretende Schwingungsspektren, da durch Auswahl geeigneter Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs das Schwingungsfrequenzspektrum wie auch das Amplitudenspektrum bei gleichbleibendem Federdämpferelement 9 des ersten Typs in weiten Grenzen einstellbar ist.
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2 zeigt eine isometrische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung 1, wobei besonders aus dieser Ansicht deutlich wird, dass die Windungen 30 der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs auch in einer Draufsicht auf die konische Spiralfeder 11 einen radialen Abstand zueinander haben. Dies ermöglicht eine hohe Bewegungsfreiheit der Windungen 30 zueinander in Radialrichtung R bevor die Windungen 30 zueinander auf Block gehen.
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Das Hülsenelement 4 ist in vorgenannter Ausführungsform zweiteilig mit einem ersten Hülsenteilelement 25 und einem zweiten Hülsenteilelement 26 ausgebildet. Das erste Hülsenteilelement ist im Querschnitt L-förmig ausgebildet, wobei ein radialer Schenkel als einer der Bünde 6, 7 ausgebildet ist und ein axialer Schenkel einen Teil einer Zylinderwandung 27 des Hülsenteilelements 4 bildet. Insbesondere ist der axial verlaufende Schenkel des ersten Hülsenteilelements derart ausgebildet, dass eine radial äußere Zylinderfläche 28 wenigstens einen Teil der Außenfläche des Hülsenteilelements 4 zwischen den Bünden 6, 7 bildet. Dieser Teil der Zylinderfläche 28 ist wenigstens so groß, dass eines der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs auf diesen axialen Steg nahezu spielfrei aufgesteckt werden kann, so dass das erste Hülsenteilelement 25 und eines der Federdämpferelemente 10 des zweiten Typs eine Vormontageeinheit bilden können.
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Das zweite Hülsenteilelement 26 besitzt ebenfalls einen radialen Steg, welcher einen der Bünde 6, 7 bildet. Ein axialer Steg des zweiten Hülsenteilelementes ist gestuft ausgebildet und bildet eine Innenfläche 29 des Durchgangsloch 5 vollständig aus, wohingegen eine Zylinderfläche 28a radial nach außen weist und mit der Zylinderfläche 28 des ersten Hülsenteilelements zusammen eine zylindrische Außenfläche des Hülsenteilelements 4 bildet.
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In Abwandlung der in 1a gezeigten Konstruktion für das Hülsenelement 4 kann selbstverständlich auch ein Hülsenelement 4 (nicht gezeigt) verwendet werden, welches aus einem Kragenhülsenelement und einer Scheibe oder einer zweiten Hülse (nicht gezeigt) besteht, wobei die Scheibe einen der beiden Bünde bildet. Derartige Hülsenteilelemente, wie auch die beschriebenen Hülsenteilelemente in der Ausführungsform gemäß 1a können in üblicher Weise miteinander verbunden werden. Hierzu bieten sich insbesondere Schweißungen, Verquetschungen, Verbörtelungen, Vernietungen oder Verpressungen an.
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In einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Entkopplungsvorrichtung ist das Hülsenelement 4 aus einem einteiligen Grundelement gebildet, welches im Querschnitt einen ersten Abschnitt 31 und einen zweiten Abschnitt 32 besitzt. Der erste Abschnitt 31 bildet einen der Bünde 6, 7. Der zweite Abschnitt 32 bildet die zylindrische Wandung des Hülsenelements 4 aus und ist über diese zylindrische Wandung hinaus in einem Vormontagezustand verjüngt ausgebildet, wobei eine radiale Außenseite des verjüngten Abschnitts 33 mit der radialen Außenseite der Zylinderfläche 28 der Zylinderwandung 27 fluchtet. Der verjüngte Abschnitt 33 wird zur Ausbildung des zweiten Bundes 7 der Bünde 6, 7 in Axialrichtung A gestaucht, so dass aus dem verjüngten Bereich 33 ein erster Teilbereich von der Zylinderwandung 27 radial nach außen umgelegt wird und ein zweiter Teilbereich von radial außen zurück nach radial innen gegenüber dem ersten Teilbereich umgelegt wird. Hierdurch entsteht eine doppelwandige Struktur, welche den zweiten Bund der Bünde 6, 7 bildet. Mit einer derartigen Hülsengestaltung ist eine minimale Bauteilanzahl der Entkopplungsvorrichtung 1 möglich, da das üblicherweise aus zwei Hülsenteilelementen 25, 26 gebildete Hülsenelement nunmehr aus einem einzigen Bauteil gebildet ist.
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In weiteren Abwandlungen der Erfindung kann eine erfindungsgemäße Entkopplungsvorrichtung 1 statt je einem Federdämpferelement 10 des zweiten Typs auf je einer Fläche 16a, 16b des Federdämpferelements 9 des ersten Typs auch lediglich ein Federdämpferelement 10 des zweiten Typs auf einer der Flächen 16a, 16b aufweisen. In einem solchen Fall würde dann das Federdämpferelement 9 des ersten Typs auf einer Fläche 16a in Axialrichtung A mit einem der Bünde 6, 7 zusammenwirken und auf der anderen Seite durch Zwischenschaltung eines Federdämpferelements 10 des zweiten Typs sich an dem anderen Bund der Bünde 6, 7 abstützen. Mit einer solchen Ausrichtung oder auch durch das Vorsehen von zwei Federdämpferelementen 10 des zweiten Typs mit ungleicher Federhärte können in Axialrichtung A asymmetrische Schwingungsaufnahme/Schwingungsdämpfungseigenschaften realisiert werden. In einer der beiden Axialrichtungen A wirkt dann sofort das Federdämpferelement 9 des ersten Typs alleine, wohingegen in der anderen Axialrichtung A zunächst das Federdämpferelement 10 des zweiten Typs wirksam ist und dann in oben beschriebener Art und Weise eine Reihenschaltung zusammen mit dem Federdämpferelement 9 des ersten Typs wirksam wird.
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In besonderer Art und Weise eignet sich als Federdämpferelement 10 des zweiten Typs eine konische Spiralfeder, welche schematisch in 1b dargestellt ist. Eine konische Spiralfeder 11 ist grundsätzlich als eine Drahtfeder ausgebildet, welche in einer Seitenansicht gemäß 1b eine konische Umfangskontur besitzt. Dabei wächst von einer ersten Windung 30a der Radius der drauffolgenden Windungen 30, bis zu einer letzten Windung 30b an. Der Charakter einer Spiralfeder im Sinne der Erfindung ist insoweit gewahrt, wenn die Zunahme der Radien der Windungen von einer Windung auf die nächste Windung derart erfolgt, dass die radial kleinere Windung bei einer vollständigen Kompression der konischen Spiralfeder 11 innerhalb der nächsten radial größeren Windung zu liegen kommen kann. Das bedeutet, dass eine konische Spiralfeder 11 im Sinne der Erfindung sich in Axialrichtung A bis auf eine einzige Drahtstärke zusammendrücken lässt, ohne dass sich einzelne Windungen axial aufeinandertürmend gegeneinander abstützen. In bevorzugter Art und Weise ist eine konische Spiralfeder 11 derart gewickelt, dass auch bei einer vollständigen, d. h. bis auf eine Drahtstärke in Axialrichtung komprimierten Anordnung der konischen Spiralfeder 11 in Radialrichtung R zwischen eines einzelnen Windungen 30 noch ein Spalt S verbleibt, um eine radiale Beweglichkeit der Windungen 30 zueinander zu gewährleisten.
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Im Gegensatz dazu und lediglich zur Klarstellung des Begriffes „konische Spiralfeder“ sei ein wesentlicher Unterschied zur konischen Schraubenfeder im Sinne der Erfindung beschrieben. Eine konische Schraubenfeder kann ebenfalls als Drahtwindungen aufweisende Feder ausgebildet sein, wobei ein Ende der konischen Schraubenfeder einen geringeren Durchmesser hat als das andere Ende. Im Sinne der Erfindung ist allerdings als „konische Schraubenfeder“ vordringlich eine Feder zu verstehen, welche einen geringeren Konuswinkel hat, derart, dass sie sich nicht bis auf eine einzige Drahtstärke zusammendrücken lässt, d. h., dass sich die einzelnen Windungen 30 bei einer vollständigen Kompression axial aufeinander türmend gegeneinander abstützen. Eine solche axiale Schraubenfeder ist zwar prinzipiell zur Ausbildung der Erfindung auch geeignet, nimmt allerdings gegebenenfalls erhebliche Nachteile hinsichtlich der Mindestbauhöhe der Entkopplungsvorrichtung in Kauf. Somit ist ein wesentliches Merkmal einer Schraubenfeder erfüllt, bei der sich ebenfalls einzelne Windungen sich auftürmend gegeneinander abstützen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Entkopplungsvorrichtung
- 2
- Flächiges Bauteil/Wärmeabschirmteil
- 3
- Schwingendes Bauteil
- 4
- Hülsenelement
- 5
- Durchgangsloch
- 6,7
- Bund/Bünde
- 8
- zylindrischer Abschnitt
- 9
- Federdämpferelement des ersten Typs
- 10
- Federdämpferelement des zweiten Typs
- 12
- Erster Aufnahmebereich
- 11
- Konische Spiralfeder
- 13
- Kopplungsglied
- 14
- zweiter Aufnahmebereich
- 15
- Ausnehmung
- 16a
- Fläche
- 16b
- Fläche
- 17
- Erste Bundfläche
- 18
- Zweite Bundfläche
- 19a, 19b
- Axiale Innenseite
- 20
- Drahtgestrick
- 25
- Erstes Hülsenteilelement
- 26
- Zweites Hülsenteilelement
- 27
- Zylinderwandung
- 28, 28a
- Zylinderfläche
- 29
- Innenfläche
- 30
- Windung
- 30a
- erste Windung
- 30b
- letzte Windung
- 31
- Erster Abschnitt
- 32
- Zweiter Abschnitt
- 33
- verjüngter Abschnitt
- A
- Axialrichtung
- d
- Dicke
- R
- Radialrichtung
- M
- Mittelachse
- S
- Spalt
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3293411 A1 [0002]
- EP 1548246 B1 [0003]
