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Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger zur Tilgung und/oder Dämpfung von Schwingungen eines Fahrzeugteils, aufweisend wenigstens eine Tilgermasse mit einer Öffnung und wenigstens zwei Federvorrichtungen, die in die Öffnung eingesetzt sind.
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Schwingungstilger der eingangs genannten Art werden eingesetzt, um die während der Fahrt oder auch im Stillstand vom Motor auf ein Fahrzeugteil, wie beispielsweise auf ein Getriebe, übertragenen Schwingungen zu reduzieren und damit den Fahrkomfort zu erhöhen. Bekannte Schwingungstilger weisen eine aus elastomerem Material gebildete Federvorrichtung und ein Masseelement auf, wobei das Masseelement über die Federvorrichtung an das zu bedämpfende Fahrzeugteil schwingfähig gekoppelt ist. Fängt das mit dem Schwingungstilger verbundene Fahrzeugteil zu schwingen an, schwingt die Tilgermasse mit einem 90° Phasenversatz mit, wobei eine Bedämpfung der Schwingungen über die Federvorrichtung erfolgt.
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Durch den Trend zu Elektrofahrzeugen entstehen vermehrt Anforderungen an sogenannte „Hochfrequenz-Tilger“, da Geräusche und daraus resultierende Schwingungen in diesem Frequenzbereich durch den Entfall der dominierenden Geräusche beziehungsweise Schwingungen des Verbrennungsmotors hervortreten.
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Neben den Anforderungen an hohe Frequenzen sollen oftmals auch die drei linearen Starrkörper-Resonanzen die gleiche Frequenz oder ein bestimmtes Verhältnis zueinander haben. Herkömmliche Schwingungstilger mit radial oder axial angeordneter Federvorrichtung können nur in sehr eingeschränktem Frequenzverhältnis eingestellt werden, was mit den physikalischen Eigenschaften des Elastomers bezüglich Zug-Druck-Steifigkeit und Schub-Steifigkeit zusammenhängt.
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DE 698 26 221 T2 offenbart einen Schwingungsdämpfer, dessen Eigenfrequenz sich mittels eines Motors einstellen lässt.
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US 2014 / 0 196 999 A1 beschreibt einen Schwingungsdämpfer, der Mechanismen aufweist, welche den Schwingungsdämpfer temperaturunabhängig arbeiten lässt.
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EP 1 286 076 A1 zeigt einen einstellbaren Lineartilger, bei denen sich die zu tilgenden Frequenzen stufenlos einstellen lassen.
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DE 10 2005 033 528 B3 offenbart einen schaltbaren Tilger, welcher sich zwischen zwei Tilgungsfrequenzen schalten lässt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde einen Schwingungstilger zu schaffen, der ein verbessertes einstellbares Frequenzverhältnis im Hochfrequenzbereich aufweist und zudem kostengünstig ist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen des Schwingungstilgers sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein Schwingungstilger, insbesondere modularer Schwingungstilger, zur Tilgung und/oder Dämpfung von Schwingungen eines Fahrzeugteils, weist wenigstens eine Tilgermasse mit einer Öffnung und wenigstens zwei Federvorrichtungen auf, die in die Öffnung eingesetzt sind, wobei jede der Federvorrichtungen wenigstens ein elastomeres Federelement und einen Tragkörper aufweist, wobei der Tragkörper das Federelement aufnimmt, und wobei der Tragkörper einen Einsetzabschnitt zum Einsetzen des Tragkörpers und des Federelementes in die Öffnung aufweist, der bezogen auf eine Längsachse des Schwingungstilgers schräg angestellt ist. Die beiden Federvorrichtungen sind über eine sich durch die Öffnung hindurch erstreckende Befestigungshülse miteinander verbunden und die Befestigungshülse weist einen Durchgang auf, durch welchen ein Befestigungselement hindurch geführt werden kann. Der Schwingungstilger ist dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungshülse form- und/oder kraftschlüssig mit den Tragkörpern verbunden ist.
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Da die Tragkörper einen zu der Längsachse des Schwingungstilgers schräg angestellten Einsetzabschnitt aufweisen, kann eine Spreizung der Frequenz zwischen radialer und axialer Resonanzfrequenz eingestellt werden, so dass das Frequenzverhältnis des Schwingungstilgers im Hochfrequenzbereich gezielt eingestellt werden kann.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Einsetzabschnitt einen Winkel zu der Längsachse des Schwingungstilgers auf. Der Winkel kann auch als Anstellwinkel bezeichnet werden. Unter dem Winkel beziehungsweise Anstellwinkel wird derjenige Winkel verstanden, den die schräge Fläche des Einsetzabschnittes mit der Längsachse einschließt. Dieser Winkel ist abhängig von der abzustimmenden Frequenz, wobei über den Winkel die radiale und axiale Frequenzspreizung eingestellt werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Winkel größer als 0° und kleiner als 90°. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Federelement derart von dem Tragkörper aufgenommen, dass das Federelement den Tragkörper, vorzugsweise außenumfangsseitig umgibt. Der Tragkörper kann vorliegend auch als Befestigungselement bezeichnet werden, da er das Federelement an der Tilgermasse festlegt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung legt der Tragkörper das Federelement an der Tilgermasse fest.
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Durch den Einsatz eines Tragkörpers, der das Federelement aufnimmt, ist es möglich, das elastomere Federelement separat herzustellen. Somit kann ein Elastomerformteil als Federelement eingesetzt werden, das gezielt auf das erforderliche Frequenzverhältnis eingestellt werden kann. Zudem sind die Herstellungskosten des Schwingunsgtilgers reduziert, da ein Vorheizen der Tilgermasse, was zum Anvulkanisieren einer elastomeren Federvorrichtung notwendig ist, nicht mehr erforderlich ist. Darüber hinaus können die elastomere Federelemente mit hohen Werkzeug-Fachheiten hergestellt werden.
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Darüber hinaus wird ein Schwingunstilger in Form eines modularen Bausatzes geschaffen, da Federelemente mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie beispielsweise mit unterschiedlichen Shore-Härten, und Tragkörper mit unterschiedlichen Anstellwinkeln und Massen-Aussen-Geometrien verwendet werden können.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Öffnung eine Durchgangsbohrung, die sich von einem ersten Ende der Tilgermasse bis zu einem zweiten Ende der Tilgermasse erstreckt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Tilgermasse zwei Öffnungen auf, wobei in jede Öffnung jeweils eine Federvorrichtung eingesetzt ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist eine erste Federvorrichtung an einem ersten Ende der Tilgermasse in die Öffnung eingesetzt und eine zweite Federvorrichtung ist an einem zweiten Ende der Tilgermasse in die Öffnung eingesetzt. Dadurch sind die Federvorrichtungen einander gegenüberliegend in die Öffnung eingesetzt. Hierzu weist die Öffnung an beiden Enden der Tilgermasse jeweils eine Einführschräge auf, die zu den schräg angestellten Einsetzabschnitten und/oder einer Kontur der Federelemente korrespondierend ausgebildet sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Tragkörper aus Metall oder aus Kunststoff. Vorteilhaft weist jeder der Tragkörper eine Bohrung auf, durch welche ein Befestigungselement hindurchgeführt werden kann, um den Schwingungstilger mit einem Fahrzeugteil zu verbinden. Das Befestigungselement kann sich zur Befestigung mit einem Fahrzeugteil durch die Öffnung und die Bohrungen hindurcherstrecken.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Tilgermasse aus Metall. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Tilgermasse zylinderförmig ausgebildet sein.
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Der Schwingungstilger kann beispielsweise zur Tilgung und/oder Dämpfung eines Fahrzeugteils, wie beispielsweise eines Getriebes, einer Heckklappe oder eines Chassis eingesetzt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Öffnung Einführschrägen auf, die zu den schräg angestellten Einsetzabschnitten und/oder einer Kontur der Federelemente korrespondierend ausgebildet sind. Dadurch wird das Einsetzen der Tragkörper samt Federelemente erleichtert. Zudem tragen die Einführschrägen zur Einstellung der Frequenzspreizung zwischen radialer und axialer Resonanzfrequenz bei. In einer vorteilhaften Ausgestaltung erweitert sich die Öffnung zu beiden Stirnseiten der Tilgermasse hin konisch. Dadurch sind die Einführschrägen bezogen auf die Längsachse des Schwingungstilgers ebenfalls schräg angestellt. Somit schließen die Einführschrägen einen Winkel mit der Längsachse des Schwingungstilgers ein. Der Winkel der Einführschrägen kann auch als Anstellwinkel bezeichnet werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Winkel größer als 0° und kleiner als 90°. In einer vorteilhaften Ausgestaltung entspricht der Winkel der Einführschrägen den Winkeln der Einsetzabschnitte. Darüber hinaus können die Winkel der Einführschrägen und die Winkel der Einsetzabschnitte unterschiedlich sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Federelemente form-, kraft- und /oder stoffschlüssig mit den Tragkörpern und/oder der Tilgermasse verbunden. Dies ermöglicht eine einfache und kostengünstige Befestigung der Federelemente an den Tragkörpern und/oder der Tilgemasse. Die Federelemente können form- und/oder kraftschlüssig auf den Tragkörper aufgesetzt beziehungsweise aufgeschoben werden. Vorteilhaft sind die Federelemente derart mit den Tragkörpern verbunden, dass die Federelemente die Tragkörper außenumfangsseitig umgeben. Darüber hinaus können die elastomeren Federelemente auch stoffschlüssig mit den Tragkörpern und/oder der Tilgermasse verbunden sein. Hierfür werden die Tragkörper und/oder die Tilgermasse in eine Spritzgußform eingelegt und die Federelemente werden an die Tragkörper und/oder die Tilgermasse angespritzt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Federelemente trichterförmig ausgebildet. Dadurch kann die Frequenzspreizung zwischen radialer und axialer Resonanzfrequenz der Federelemente gezielt eingestellt werden. Vorteilhaft entspricht ein Anstellwinkel der Federelemente dem Anstellwinkel der Einsetzabschnitte und/oder dem Anstellwinkel der Einführschrägen der Öffnung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung weisen die Federelemente einen zu den Einführschrägen und den Einsetzabschnitten korrespondierenden Trichterabschnitt und einen zu einem zylindrischen Abschnitt der Tragkörper korrespondierenden Hülsenabschnitt auf. Dadurch entspricht eine Innenumfangskontur der Federelemente einer Außenumfangskontur der Tragkörper, so dass die Federelemente die Tragkörper außenumfangsseitig umschließen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jeder der Tragkörper einen an den Einsetzabschnitt angrenzenden zylindrischen Abschnitt auf, dessen Außendurchmesser größer als ein Innendurchmesser der Öffnung ist. Dadurch wirkt der zylindrische Abschnitt als Verliersicherung und verhindert ein Abfallen der Tilgermasse im Fall des Gummi- oder Bindungsversagens.
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Die Befestigungshülse legt die beiden jeweils endseitig in die Öffnung eingesetzten Federvorrichtungen an der Tilgermasse fest. Zur Befestigung der Federvorrichtungen erstreckt sich die Befestigungshülse durch die Öffnung. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Außendurchmesser der Befestigungshülse kleiner als ein Innendurchmesser der Öffnung. Dadurch ist die Befestigungshülse von der Tilgermasse beabstandet, so dass sich die Tilgermasse zur Tilgung und/oder Dämpfung der Schwingungen relativ zu der Befestigungshülse bewegen kann. Vorteilhaft erfolgt eine Befestigung des Schwingunstilgers mit einem Fahrzeugteil über die Befestigungshülse. Hierzu kann die Befestigungshülse einen Durchgang aufweisen, durch den sich ein Befestigungselement hindurcherstrecken kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Hülse aus Metall oder Kunststoff.
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Die Befestigungshülse ist form- und/oder kraftschlüssig mit den Tragkörpern verbunden. Dadurch wird eine einfache und kostengünstige Befestigung der Tragkörper mit der Befestigungshülse erzielt. Vorteilhaft weist jeder der Tragkörper eine Bohrung auf, in die die Befestigungshülse form- und/oder kraftschlüssig eingesetzt wird, wobei sich die Befestigungshülse durch die Öffnung hindurch erstreckt.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt ein Kraftschluss zwischen den Federvorrichtungen und der Befestigungshülse während der Befestigung des Schwingungstilgers an einem angrenzenden Fahrzeugteil mittels Formschluss. Der Pressverband zwischen der Befestigungshülse und den Tragkörpern wird dabei erst im finalen Verbau zwischen einem Befestigungselement und einer Anlagefläche des Kraftfahrzeugteils durch einen Formschluss abgesichert. Die Absicherung durch Formschluss ermöglicht den Einsatz von Kunststoff für die Tragkörper.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Federelemente der Federvorrichtungen miteinander verbunden. Insbesondere sind die beiden Federelemente materialeinheitlich und einstückig miteinander verbunden. Dadurch können die Federelemente in einer Vulkanisation hergestellt werden. Beispielsweise können die Federelemente in Form eines elastomeren Schlauches oder einer Gummiplatte hergestellt werden.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Einsetzabschnitte der Tragkörper bezogen auf eine Längsachse des Schwingungstilgers unterschiedlich schräg angestellt. Somit weisen die Tragkörper unterschiedliche Anstellwinkel auf. Dadurch ist das Abstimmungsverhältnis der beiden Federvorrichtungen und damit die Frequenzspreizung zwischen radialer und axialer Resonanzfrequenz unterschiedlich. Hierdurch kann eine asymmetrische Masseverteilung ausgeglichen werden.
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Nachfolgend werden ein Schwingungstilger sowie weitere Merkmale und Vorteile anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Figuren schematisch dargestellt sind. Hierbei zeigt:
- 1 eine Querschnittsdarstellung eines Schwingungstilgers gemäß einer ersten Ausführungsform im nicht montierten Zustand;
- 2 eine Querschnittsdarstellung einer Federvorrichtung;
- 3 eine Querschnittsdarstellung des in 1 gezeigten Schwingungstilgers im montierten Zustand;
- 4 eine Querschnittsdarstellung des in 3 gezeigten Schwingungstilgers, der an einem Fahrzeugteil befestigt ist; und
- 5 eine Querschnittsdarstellung eines Schwingungstilgers gemäß einer zweiten Ausführungsform im nicht montierten Zustand.
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In den 1, 3 und 4 ist ein Schwingungstilger 10 gemäß einer ersten Ausführungsform gezeigt, der zur Tilgung und/oder Bedämpfung der Schwingungen eines Fahrzeugteils 12 dient.
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Der Schwingungstilger 10 weist eine Tilgermasse 14, zwei Federvorrichtungen 16 und eine Befestigungshülse 18 zur Befestigung der beiden Federvorrichtungen 16 an der Tilgermasse und an dem Fahrzeugteil 12 auf.
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Die Tilgermasse 14 ist aus Metall und zylinderförmig ausgebildet. In die Tilgermasse ist eine Öffnung 20 eingebracht, die sich von einem ersten Ende 22 der Tilgermasse 14 bis zu einem zweiten Ende 24 der Tilgermasse 14 hindurcherstreckt. Die Öffnung 20 ist an beiden Enden 22, 24 jeweils mit einer Einführschräge 26 versehen. Die Einführschrägen 26 sind zu einer Längsachse L des Schwingungstilgers 10 angestellt. Insbesondere schließen die Einführschrägen 26 einen Winkel β, der auch als Anstellwinkel bezeichnet werden kann, mit der Längsachse L ein, wobei der Winkel β größer als 0° und kleiner als 90° ist.
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Die Befestigungshülse 18 ist eine Metallhülse, die sich durch die Öffnung 20 hindurcherstreckt. Wie in den 3 und 4 ersichtlich ist, ist ein Außendurchmesser der Befestigungshülse 18 kleiner als ein Innendurchmesser der Öffnung 20, so dass sich die Tilgermasse 14 zur Tilgung und/oder Dämpfung der Schwingungen des Fahrzeugteils 12 relativ zu der Befestigungshülse 18 bewegen kann.
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Über die Befestigungshülse 18 erfolgt zudem die Befestigung des Schwingungstilgers 10 an dem Fahrzeugteil 12. Hierzu weist die Befestigungshülse 18 einen Durchgang 28 auf, durch den sich das in 4 gezeigte Befestigungselement 30 hindurcherstrecken kann. Das Befestigungselement 30 ist vorliegend als Sechskantschaube ausgebildet, das in eine in das Fahrzeugteil 12 eingebrachte Gewindebohrung 32 eingeschraubt ist.
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Wie insbesondere in 2 ersichtlich ist, weist jede der Federvorrichtungen 16 einen Tragkörper 34 und ein elastomeres Federelement 36 auf, das von dem Tragkörper 34 aufgenommen wird, indem das Federelement 36, form- und/oder kraftschlüssig mit dem Tragkörper 34 verbunden wird.
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Der Tragkörper 34 ist aus Metall oder Kunststoff. Der Tragkörper 34 weist einen Einsetzabschnitt 38 zum Einsetzen des Tragkörpers 34 und des Federelementes 36 in die Öffnung 20 auf. Wie in 2 ersichtlich ist, ist der Einsetzabschnitt 38 bezogen auf die Längsachse L des Schwingungstilgers 10 schräg angestellt. Insbesondere schließt der Einsetzabschnitt 38 einen Winkel a, der auch als Anstellwinkel bezeichnet werden kann, mit der Längsachse L ein, wobei der Winkel α größer als 0° und kleiner als 90° ist. Wie in den 3 und 4 ersichtlich ist, sind vorliegend die beiden Winkel α und β gleich groß.
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An den Einsetzabschnitt 38 schließt sich ein zylindrischer Abschnitt 40 an, dessen Außendurchmesser größer als ein Innendurchmesser der Öffnung 20 ist. Dadurch bildet der Tragkörper 34, insbesondere dessen zylindrischer Abschnitt 40 eine Verliersicherung, die ein Abfallen der Tilgermasse 14 verhindert.
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Zur Befestigung der Tragkörper 34 an der Befestigungshülse 18 weist der Tragkörper eine Bohrung 42 auf, in die die Befestigungshülse form- und/oder kraftschlüssig eingesetzt wird.
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Das Federelement 36 ist vorliegend als separat hergestelltes Elastomerformteil ausgebildet und ist näherungsweise trichterförmig ausgebildet. Wie in den 1 bis 4 ersichtlich ist, weist das Federelement 36 einen zu der Einführschräge 26 und dem Einsetzabschnitt 38 korrespondierenden Trichterabschnitt 44 und einen zu dem zylindrischen Abschnitt 40 korrespondierenden Hülsenabschnitt 46 auf. Dadurch entspricht eine Innenumfangskontur des Federelementes 36 einer Au-ßenumfangskontur des Tragkörpers 34, so dass das Federelement 36 den Tragkörper 34 außenumfangsseitig umschließt, wie in 2 ersichtlich ist.
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Im Folgenden wird eine Möglichkeit zur Montage des Schwingungstilgers 10 an dem Fahrzeugteil 12 beschrieben. Hierzu werden zunächst zur Bildung zweier Federvorrichtungen 16 die Federelemente 36 auf die Tragkörper 34 aufgesetzt, insbesondere aufgepresst. Anschließend wird die Befestigungshülse 18 in die Öffnung 20 eingesetzt. Danach werden die Federvorrichtungen 16 auf die Befestigungshülse 18 aufgeschoben. Schließlich wird das Befestigungselement 30 in den Durchgang 28 eingesetzt und mit der Gewindebohrung 32 des Fahrzeugteils 12 verschraubt. Der Kraftschluss zwischen der Befestigungshülse 18 und den Tragkörpern 34 wird erst im finalen Verbau zwischen einem Kopf des Befestigungselementes 30 und einer Anlagefläche des Fahrzeugteils 12 durch Formschluss abgesichert.
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Da der Tragkörper 34 einen zu der Längsachse L des Schwingungstilgers 10 schräg angestellten Einsetzabschnitt 38 aufweist, kann eine Spreizung der Frequenz zwischen radialer und axialer Resonanzfrequenz eingestellt werden, so dass das Frequenzverhältnis des Schwingungstilgers 10 im Hochfrequenzbereich gezielt eingestellt werden kann. Darüber hinaus kann das Federelement 36 separat als kostengünstiges Elastomerformteil mit hohen Werkzeug-Fachheiten hergestellt werden.
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Im Folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel des Schwingungstilgers 10 beschrieben, wobei für gleiche oder funktionsgleichen Teile dieselben Bezugszeichen verwendet werden.
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In 5 ist eine zweite Ausführungsform des Schwingungstilgers 10 gezeigt, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, dass die Federelemente 36 stoffschlüssig mit den Tragkörpern 34 verbunden sind. Hierzu werden die Tragkörper 34 in eine Spritzgußform eingelegt und die Federelemente 36 werden angespritzt.
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Der Schwingungstilger 10 zeichnet sich einerseits durch die schräg angestellten Einsetzabschnitte 38 der Tragkörper 34 aus, die eine Einstellung der Spreizung der Frequenz zwischen radialer und axialer Resonanzfrequenz ermöglichen, und andererseits durch die Möglichkeit die Federelemente 36 als separate und kostengünstige Elastomerformteile herzustellen. Darüber hinaus wird ein Schwingunstilger 10 in Form eines modularen Bausatzes geschaffen, da Federelemente 36 mit unterschiedlichen Eigenschaften, wie beispielsweise mit unterschiedlichen Shore-Härten, und Tragkörper 34 mit unterschiedlichen Anstellwinkeln α verwendet werden können.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Schwingungstilger
- 12
- Fahrzeugteil
- 14
- Tilgermasse
- 16
- Federvorrichtung
- 18
- Befestigungshülse
- 20
- Öffnung
- 22
- erstes Ende
- 24
- zweites Ende
- 26
- Einführschräge
- 28
- Durchgang
- 30
- Befestigungselement
- 32
- Gewindebohrung
- 34
- Tragkörper
- 36
- Federelement
- 38
- Einsetzabschnitt
- 40
- zylindrischer Abschnitt
- 42
- Bohrung
- 44
- Trichterabschnitt
- 46
- Hülsenabschnitt
- L
- Längsachse
- α
- Winkel den der Einsetzabschnitt mit der Längsachse einschließt
- β
- Winkel den die Einführschräge mit der Längsachse einschließt
