DE102020130490A1

DE102020130490A1 - Buchsentilger

Info

Publication number: DE102020130490A1
Application number: DE102020130490.0A
Authority: DE
Inventors: Manuel Gerstmann
Original assignee: Vorwerk Autotec GmbH and Co KG
Current assignee: Vorwerk Autotec GmbH and Co KG
Priority date: 2020-11-18
Filing date: 2020-11-18
Publication date: 2022-05-19

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger zur Dämpfung der Bewegung eines Bauelements, insbesondere zur Dämpfung der Bewegung eines KFZ-Fahrwerksteils, umfassend ein Befestigungselement zur Befestigung des Schwingungstilgers an dem Bauelement, einen Elastomerkörper und einen Tilgerkörper, wobei der Tilgerkörper über den Elastomerkörper mit dem Befestigungselement verbunden ist. Der erfindungsgemäße Schwingungstilger zeichnet sich dadurch aus, dass er in der Art einer Elastomerbuchse ausgebildet ist, bei welcher der Tilgerkörper als Außenhülse radial außen zum als Innenteil angeordneten Befestigungselement und der Elastomerkörper radial zwischen Tilgerkörper und Befestigungselement angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger zur Dämpfung der Bewegung eines Bauelements, insbesondere zur Dämpfung der Bewegung eines Kfz-Fahrwerkteils, umfassend ein Befestigungselement zur Befestigung des Schwingungstilgers an dem Bauelement, einen Elastomerkörper und einen Tilgerkörper, wobei der Tilgerkörper über den Elastomerkörper mit dem Befestigungselement verbunden ist.
Schwingungstilger, auch als Schwingungsdämpfer bezeichnet, sind sogenannte frequenzabgestimmte Resonanzdämpfer und werden insbesondere auf dem Gebiet von Kraftfahrzeugen zur Reduzierung von Bewegungen vorgegebener Bauteile, beispielsweise hervorgerufen durch die Einwirkung von Betriebskräften auf das Bauteil, eingesetzt. Diese passiv arbeitenden Vorrichtungen wirken Bewegungen bzw. Schwingungen an und/oder im Bauteil mittels einer phasenverschobenen Bewegung einer durch den Tilgerkörper bereitgestellten Tilgermasse entgegen. Ein solcher Schwingungstilger kann spezifisch auf die Anregungsfrequenz des jeweiligen Bauteils angepasst werden. Grundsätzlich kann dabei die Eigenfrequenz des Schwingungstilgers auf die zu eliminierende Resonanzfrequenz des zu dämpfenden Bauteils abgestimmt werden.
Der Schwingungstilger ist zweckmäßigerweise an die Bewegung des zu dämpfenden Bauteils angepasst. Allgemein kann ein solches zu dämpfende Bauteil betriebsbedingt eine komplexe Bewegung ausführen, beispielsweise in alle drei Raumrichtungen, wobei durch eine nichtsymmetrische Anregung und/oder Anlenkung des Bauteils die jeweiligen Bewegungen in die Raumrichtungen unterschiedlich ausfallen können. Allgemein kann die Bewegung des Bauteils neben den angegebenen drei translatorischen darüber hinaus drei weitere rotatorische Freiheitsgrade umfassen. Insofern besteht Bedarf an einem Schwingungstilger, welcher durch eine jeweilige Gestaltung flexibel an die jeweiligen Anforderungen zur Schwingungstilgung des Bauteils in unterschiedliche Richtungen bzw. in Bezug auf die jeweiligen Eigenmoden der Bewegung des zu dämpfenden Bauteils anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird auf überraschende Weise schon mit einem Schwingungstilger mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Der erfindungsgemäße Schwingungstilger zur Dämpfung der Bewegung eines Bauelements, insbesondere zur Dämpfung der Bewegung eines Kfz-Fahrwerksteils, umfasst ein Befestigungselement zur Befestigung des Schwingungstilgers an dem Bauelement, einen Elastomerkörper sowie einen Tilgerkörper, welcher eine Tilgermasse umfasst bzw. darstellt, wobei der Tilgerkörper über den Elastomerkörper mit dem Befestigungselement verbunden ist. Der erfindungsgemäß Schwingungstilger zeichnet sich dadurch aus, dass dieser in der Art einer Elastomerbuchse ausgebildet ist, bei welcher der Tilgerkörper als Außenhülse radial außen zum als Innenteil angeordneten Befestigungselement und der Elastomerkörper radial zwischen Tilgerkörper und Befestigungselement angeordnet ist. Erfindungsgemäß kann dabei die Außenhülse bzw. der Tilgerkörper ausgebildet sein zur Bereitstellung der Schwingungsmasse des Schwingungstilgers, die in Betriebsanordnung (Betriebslage) ausgehend von einer Ruhelage frei schwingend mittels des Elastomerkörpers an dem Befestigungsteil befestigt ist. „In Betriebsanordnung“ kann dabei eine Anordnung oder Betriebssituation meinen, bei welcher der erfindungsgemäße Schwingungstilger über das Innenteil bzw. das Befestigungselement mit dem in seiner Bewegung zu reduzierenden Bauelement verbunden ist, wobei der Tilgerkörper über den Elastomerkörper, insbesondere innerhalb vorgegebener Bewegungsgrenzen, welche Maximalauslenkungen des Tilgerkörpers festlegen können, frei bewegbar an dem Befestigungselement aufgehangen ist.
Erfindungsgemäß ist das Merkmal „Außenhülse“ breit zu verstehen und kann prinzipiell allein darauf beschränkt sein, dass diese Außenhülse als Tilgerkörper das Befestigungselement und den Elastomerkörper umfänglich umgreift, insbesondere vollumfänglich umgreift, wobei die äußere Mantelfläche dieser „Außenhülse“ eine beliebige Gestalt aufweisen kann, z.B. nicht rotationssymmetrisch, insbesondere nicht zylindersymmetrisch aufgebaut sein muss, jedoch sein kann. Beispielsweise kann die radiale Wandstärke der Außenhülse ohne weiteres im Bereich des Radius des Befestigungselementes oder gar größer liegen.
Vorzugsweise kann der erfindungsgemäße Schwingungstilger ausgebildet sein, eine Resonanzfrequenz im Bereich von einigen Hz bis einigen 10 Hz, insbesondere im Bereich zwischen etwa 3 Hz bis 20 Hz, aufzuweisen, um im Betrieb des KFZ die in diesem Frequenzbereich auftretenden Schwingungen am zu dämpfenden KFZ-Bauteils zu reduzieren. Eine solche Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers ist insbesondere durch entsprechende Wahl der Tilgermasse und der Steifigkeit bzw. Kennung des Elastomerkörpers einstell- bzw. veränderbar. Dabei bezeichnet die Steifigkeit allgemein den Widerstand eines Bauteils gegen elastische Verformung durch eine Kraft oder ein Moment, wobei die Steifigkeit eines Bauteils sowohl von den elastischen Eigenschaften des Werkstoffs als auch von der Geometrie des Bauteils, hier des Elastomerkörpers, und dessen Anordnung zu benachbarten Bauteilen abhängen kann. Die Steifigkeit bezieht sich in der Regel auf einen linear-elastischen Bereich, d. h. auf Verformungen, bei welchen diese proportional zu der wirkenden Kraft bzw. dem wirkenden Moment ist. Unter der Angabe „Kennung“ kann die gleiche mechanische Größe „Steifigkeit“ verstanden werden, unter Umständen auch das Verhalten der Steifigkeit über einen Bereich von Betriebskräften bzw. Betriebsmomenten.
Dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger liegt die grundsätzliche Idee zugrunde, den Tilger in der Art einer Elastomerbuchse auszubilden, bei welcher das Innenteil zur Befestigung an dem zu dämpfenden Bauteil, und der Tilgerkörper als Tilgermasse über einen Elastomerkörper mit dem Befestigungselement verbunden ist, sodass die Anregung des Schwingungstilgers über das Befestigungselement in das schwingungsfähige System „Schwingungstilger“ einkoppelbar ist und der radial außen im schwingungsfähigen System des Schwingungstilgers angebrachte Tilgerkörper durch die elastische Ankopplung über den Elastomerkörper zum Befestigungselement zur Ausführung einer Schwingungsbewegung gegenüber dem Befestigungselement angeordnet ist. Da die Steifigkeit einer Elastomerbuchse durch entsprechende geometrische Gestaltung des Elastomerkörpers bzw. der jeweiligen Elastomerspur und dessen relative Lage zum Innenteil und zur Außenhülse einstellbar ist, beispielsweise in Bezug auf seine radiale Steifigkeit in zwei zueinander senkrechte Richtungen sowie seine axiale Steifigkeit, kann der erfindungsgemäße Schwingungstilger spezifisch an das jeweilige Tilgerproblem zum Dämpfen eines vorgegebenen Bauteils, insbesondere eines Kfz-Fahrwerkteils angepasst werden, sodass insbesondere auch komplexe Bewegungen des zu dämpfenden Bauteils durch den erfindungsgemäßen Schwingungstilger vermindert werden können. Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, die Steifigkeit bzw. Kennung des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers durch entsprechende geometrische Gestaltung des Elastomerkörpers bzw. der jeweiligen Elastomerspuren und deren relativer Lage zum Innenteil und zur Außenhülse in radialer und in axialer Richtung unabhängig voneinander einzurichten bzw. einzustellen durch die Gestaltung zumindest einer zugeordneten axial verlaufenden Elastomerspur und zumindest einer einer radial verlaufenden Elastomerspur.
Im Unterschied zu einer üblichen Elastomerbuchse weist der erfindungsgemäße, in der Art einer Elastomerbuchse ausgebildete Schwingungstilger eine Außenhülse bzw. einen Tilgerkörper auf, der vorzugsweise in Bezug auf seine Masse bzw. Gewicht größer als die Masse bzw. das Gewicht des Innenteils ist, insbesondere mehr als 5 mal größer oder gar 10 mal größer, um die notwendige Masse des schwingungsfähigen Systems bereitzustellen. Der als Außenhülse ausgebildete Tilgerkörper des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers kann beispielsweise eine Masse von mehr als 50 g, mehr als 100 g, mehr als 150 g, insbesondere mehr als 250 g oder gar mehr als 350 g aufweisen. Weiterhin kann sich der erfindungsgemäße Schwingungstilger in der Art einer Elastomerbuchse zu einer herkömmlichen Elastomerbuchse dadurch unterscheiden, dass dieser nicht mit zwei unterschiedlichen Bauteilen, deren Bewegung zueinander gedämpft werden soll, verbindbar ausgebildet ist, sondern nur mit dem in seiner Bewegung zu dämpfenden Bauteil über das Befestigungselement bzw. das Innenteil, während der Tilgerkörper in seiner Einbaulage ausgehend von einer Ruhelage frei bewegbar, insbesondere innerhalb vorgegebener Maximalauslenkungen, bzw. freitragend bzw. freischwingend angeordnet sein kann und allein über den Elastomerkörper mit dem Befestigungselement verbunden ist. Eine derartige Maximalauslenkung kann beispielsweise durch eine einer jeweiligen Bewegung des Tilgerkörpers zugeordnete Anschlagseinrichtung festgelegt sein, welche die Auslenkung des Tilgerkörpers relativ zum Befestigungselement auf ein jeweiliges, vorgegebenes Maß beschränkt.
Die Angabe „Elastomerkörper“ ist breit zu verstehen und kann einen Elastomerkörper umfassen, der vollständig aus einem formfesten, elastisch verformbaren Kunststoff besteht, der insbesondere als Vulkanisat eines Naturkautschuks oder Silikonkautschuk ausgebildet sein kann. Im Rahmen der Erfindung können jedoch auch Elastomerkörper eingesetzt werden, welche neben dem eigentlichen Elastomer auch eine oder mehrere Einlagen aus einem zum Elastomer festeren Material wie Kunststoff oder Metall umfasst bzw. umfassen zur Erhöhung einer Steifigkeit des Schwingungstilgers, die auch richtungsabhängig sein kann. Auch ist die Angabe „Tilgerkörper als Außenhülse“ breit zu verstehen und kann Gestaltungen umfassen, die sich von einer zylinderförmigen Hülse unterscheiden, insofern können die Außenmantelfläche und/oder die Innenmantelfläche der Außenhülse nicht zylinderförmig und darüber hinaus auch nicht rotationssymmetrisch um eine Längsachse des Schwingungstilgers ausgebildet sein. Grundsätzlich liegt es jedoch auch im Rahmen der Erfindung, die Außenmantelfläche und/oder die Innenmantelfläche der Außenhülse des Tilgerkörpers zylinderförmig bzw. rotationssymmetrisch auszubilden.
Der erfindungsgemäße Schwingungstilger ist insbesondere im Kfz-Bereich vielfältig einsetzbar, beispielsweise zur Dämpfung der Bewegung eines Kfz-Fahrwerkbauteils oder im Bereich der Motor- und/oder Getriebehalterung am Fahrzeug.
Weiterbildungen der Erfindung und weitere erfindungsgemäße Merkmale sind in der allgemeinen Beschreibung, den Zeichnungen, der Figurenbeschreibung sowie den Unteransprüchen angegeben.
Der erfindungsgemäße Schwingungstilger kann zur Bereitstellung einer spezifischen, richtungsabhängigen Tilgungsfunktionalität so ausgebildet sein, dass in einer axialen Richtung sowie zwei senkrecht zueinander liegenden Radialrichtungen vorgegebene Verhältnisse der Steifigkeit des Schwingungslagers in axialer Richtung zu der in einer radialer Richtung vorliegen, die durch Vorsehen einer entsprechenden Elastomerspur in radialer Richtung mit einer Elastomerspurdicke in axialer Richtung (zur Festlegung einer axialen Steifigkeit bzw. Kennung) und einer entsprechenden Elastomerspur in axialer Richtung mit einer Elastomerspurdicke in radialer Richtung (zur Festlegung einer radialen Steifigkeit bzw. Kennung) festgelegt sein können, insbesondere zwischen 0,3 bis 3, z.B. zwischen 0,7 und 1,5. Der erfindungsgemäße Schwingungstilger kann so ausgebildet sein, dass die Steifigkeit in radialer Richtung unabhängig von einer Umfangsrichtungslage konstant, d.h. rotationssymmetrisch um eine Achse des Schwingungstilgers sein kann. In einer besonderen Ausführungsform kann auch vorgesehen sein, dass das Verhältnis der Steifigkeit des Schwingungstilgers in axialer Richtung zu der in einer radialen Richtung etwa 1 beträgt oder gar >1, d.h. die Steifigkeit des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers ist in dieser Ausführungsform in axialer Richtung größer als in einer bzw. beiden zueinander senkrechten Richtung. Die angegebenen Steifigkeitsverhältnisse können sich insbesondere auf die Dehnsteifigkeit, Biegesteifigkeit oder Schubsteifigkeit beziehen.
Das im erfindungsgemäßen Schwingungstilger radial innen angeordnete Befestigungselement kann in vielfältiger Weise zur Befestigung des Schwingungstilgers an das zu dämpfende Bauteil ausgebildet sein. Beispielsweise kann das Innenteil axial beabstandet zur Tilgermasse und zum Elastomerkörper an einem oder beiden axialen Enden einen Flanschabschnitt aufweisen, der eine Anlagefläche zur beiderseitigen Befestigung an dem zu dämpfenden Bauelement umfasst. Es ist auch möglich, dass das Befestigungselement des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers als Innenhülse ausgebildet ist, insbesondere mit einer Durchführung zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens, der an dem zu dämpfenden Bauteil befestigbar ist. Es sei darauf hingewiesen, dass eine solche, als Innenhülse ausgebildetes Befestigungselement keine zylindrische Außenmantelfläche umfassen muss, sondern hierzu unterschiedlich ausgebildet sein kann, insbesondere um eine vorgegebene Steifigkeit des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers in unterschiedliche Richtungen bereitzustellen.
Insbesondere in solchen Ausführungen des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers, in welchen die radiale Steifigkeit des Tilgers rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das Befestigungselement in Bezug auf eine dem Elastomerkörper zugewandte Außenmantelfläche rotationssymmetrisch ausgebildet ist. In anderen Ausführungen kann auch vorgesehen sein, dass die Außenmantelfläche nicht rotationssymmetrisch gestaltet ist, insbesondere zur Bereitstellung von in Bezug eine Umfangsorientierung unterschiedliche radiale Steifigkeit des Schwingungstilgers.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers stoffschlüssig, beispielsweise durch Anvulkanisieren mit dem Befestigungselement verbunden ist. Je nach Ausführung kann ein solches Befestigungselement auch einen zylindrischen Kern umfassen, insbesondere aus Metall, auf welchen eine nichtzylindrische Hülse bzw. Materialabschnitte aus Kunststoff angelagert sind, beispielsweise mittels eines Spritzgießverfahrens. In dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper stoffschlüssig mit dem Außenteil des Befestigungselements verbunden ist. Eine Verbindung bzw. Anlage des Elastomerkörpers mit dem zu diesem radial außen angeordneten Tilgerkörper kann insbesondere stoffschlüssig, beispielsweise wiederum durch Anvulkanisieren oder kraftschlüssig, beispielsweise durch Einpressen eines Befestigungselement-Elastomerkörper-Verbundes in den Tilgerkörper erfolgen.
Zur Bereitstellung einer vorgegebenen axialen Steifigkeit des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass das Befestigungselement in Einbaulage mit dem Tilgerkörper einen Hinterschnitt in axialer Richtung bildet, wobei eine radiale Elastomerspur des Elastomerkörpers zwischen zugeordneten, den Hinterschnitt bildenden Abschnitten des Befestigungselementes und des Tilgerkörpers verläuft. Ein solcher Hinterschnitt kann insbesondere im Bereich eines axialen Endabschnitts des Schwingungstilgers vorgesehen sein. Der beschriebene Hinterschnitt zwischen Tilgerkörper und Befestigungselement kann insbesondere durch die Gestaltung einer Kontur eines der beiden genannten Bauelemente und einer Gegenkontur an dem anderen der beiden Bauelemente realisiert sein. Eine vorgegebene axiale Steifigkeit kann insbesondere durch das Vorsehen einer vorgegebenen axialen Dicke der genannten Radialspur zwischen den Kontur-Gegenkonturabschnitten des Befestigungselements und des Tilgerkörpers eingerichtet sein. Zur Bereitstellung eines in axialer Richtung symmetrischen Antwortverhaltens des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers kann vorgesehen sein, dass beabstandet zu dem beschriebenen Hinterschnitt zwischen Befestigungselement und Tilgerkörper, insbesondere an einem weiteren axialen Endabschnitt des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers ein weiterer Hinterschnitt zwischen Befestigungselement und Tilgerkörper gestaltet ist, insbesondere in identischer Art und Weise wie vorstehend beschrieben für den erstgenannten Hinterschnitt. Diese angegebenen Elastomerspuren können in einer Ausführungsform zusammenhängend gestaltet sein, was jedoch erfindungsgemäß nicht notwendig sein muss.
Zweckmäßigerweise kann vorgesehen sein, dass das Befestigungselement an seiner Außenmantelfläche einen sich radial nach außen erstreckenden und umlaufenden Nocken aufweist, der insbesondere etwa axial mittig zum Befestigungselement angeordnet sein kann. Ein solcher radial vorragender Nocken kann beispielsweise zur Gestaltung eines oder der beiden obenstehend beschriebenen Hinterschnitte zwischen Befestigungselement und Tilgerkörper angeordnet sein. Hierzu kann vorgesehen sein, dass zumindest eine, insbesondere mehrere axial verlaufende Begrenzungsflächen und/oder radial verlaufende Begrenzungsflächen des Nockens mit einer jeweiligen Elastomerspur des Elastomerkörpers belegt sind zur Bereitstellung einer axialen und/oder radialen Steifigkeit des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers. Dieser Nocken des Befestigungselements kann stegförmig mit vorgegebener Erstreckung in radialer und axialer Richtung ausgebildet sein. Im Schnitt senkrecht zur Achse des Befestigungselements kann dieser Nocken über seine axiale Erstreckung insofern kreisförmig ausgebildet sein, d.h. die radial außenliegende Mantelfläche kann zylindrisch ausgebildet sein.
In einer zweckmäßigen Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper in einem Längsschnitt des Schwingungstilgers eine Nut zur Aufnahme des Nockens des Befestigungselementen aufweist, d.h. der Nocken kann vollständig vom Elastomer des Elastomerkörpers umschlossen sein.
Um in Ausführungsformen, bei welchen ein Zwischenprodukt umfassend das Befestigungselement mit daran stoffschlüssig befestigtem Elastomerkörper zur Gestaltung des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers in den als Außenhülse gestalteten Tilgerkörper eingepresst wird, in beide axialen Richtungen einen axialen Hinterschnitt zwischen Befestigungselement und Tilgerkörper bereitzustellen, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper insbesondere an einem axialen Endabschnitt, eine stoffschlüssig mit Elastomermaterial des Elastomerkörpers verbundene Ringscheibe aufweist, die in Einbaulage der Bauteile des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers radial beabstandet zur Bereitstellung einer Lücke, insbesondere in Form eines Luftspaltes zum Befestigungselement angeordnet sein kann. Vorzugsweise kann dabei vorgesehen sein, dass die Ringscheibe aus einem zum Elastomermaterial harten Material wie beispielsweise Metall oder Kunststoff ausgebildet ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Ringscheibe in Einbaulage axial beabstandet zum Nocken des Befestigungselements angeordnet ist. Diese angegebene Beabstandung kann zur Gestaltung einer Freifläche des Elastomerkörpers vorgesehen sein, um eine vorgegebene axiale Steifigkeit bereitzustellen. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, die Ringscheibe koaxial zum Befestigungselement anzuordnen.
Um in Einbaulage in axialer Richtung auf die Ringscheibe hin eine vorgegebene axiale Steifigkeit bereitzustellen, kann vorgesehen sein, dass die Ringscheibe im Bereich einer äußeren Mantelfläche, insbesondere einer äußeren Zylindermantelfläche an einem zugeordneten Innenmantelabschnitt des Tilgerkörpers mit diesem verbunden, insbesondere radial verpresst ist. Dabei kann vorgesehen sein, dass der zugeordnete Innenmantelabschnitt des Tilgerkörpers leicht konisch ausgebildet ist zum axialen Einführen und radialem Verpressen der Ringscheibe bzw. des Elastomerkörpers umfassend die Ringscheibe mit dem Tilgerkörper.
Eine axial zwischen dem Befestigungselement, insbesondere dem Nocken des Befestigungselements und der Ringscheibe angeordnete radialen Elastomerspur kann zur Bereitstellung einer vorgegebenen axialen Steifigkeit angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine dem Nocken des Befestigungselements zugewandte Ringfläche der Ringscheibe und eine dazu axial beabstandete Radialfläche des Nockens des Befestigungselements eine axiale Höhe einer Radialspur des Elastomermaterials des Elastomerkörpers festlegen.
Zur Bereitstellung einer Freifläche für die zwischen Befestigungselement und Ringscheibe angeordnete Elastomerspur (Radialspur) kann vorgesehen, dass zwischen einer Innenmantelfläche, insbesondere einer Innenzylindermantelfläche der Ringscheibe und einem auf gleicher Höhe angeordneten äußeren Mantelflächenabschnitt des Befestigungselements eine elastomerfreie, radiale, insbesondere umlaufende Lücke, insbesondere in Form eines Luftspaltes, vorgesehen ist.
Um ein axial in beide Richtungen symmetrisches Verhalten des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers bereitzustellen, kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass in Einbaulage der Bauteile des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers der Tilgerkörper axial beabstandet zur Ringscheibe und etwa spiegelsymmetrisch zur Ringscheibe bezüglich einer Symmetrieebene senkrecht zur Achse des Tilgerkörpers einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch aufweist. Es kann vorgesehen sein, dass der Tilgerkörper einen abgestuften Sitz für den Elastomerkörper mit anvulkanisiertem Befestigungselement bereitstellt, insbesondere derart, dass in axialer Richtung hintereinander der Tilgerkörper einen Sitz und Anlage für Elastomermaterial des Elastomerkörpers und einem axial sich daran anschließenden Sitz für die Ringscheibe bereitstellt, wobei letztere Verbindung zwischen Tilgerkörper und Ringscheibe wie obenstehend beschrieben eine Pressverbindung sein kann.
In der relativen Anordnung von Elastomerkörper und Tilgerkörper kann zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper mit einer axial verlaufenden Außenmantelfläche, insbesondere unter radialer Vorspannung an einer zugeordneten Innenmantelfläche des Tilgerkörpers anliegt. Eine solche radiale Vorspannung kann insbesondere dadurch erzeugt werden, dass der Elastomerkörper im Bereich der zugeordneten Innenmantelfläche des Tilgerkörpers ein radiales Übermaß zum Tilgerkörper aufweist. Diese radiale Vorspannung kann insbesondere beim obenstehend beschriebenen Einpressen des Elastomerkörpers mit daran befestigtem bzw. anvulkanisiertem Befestigungselement in den Tilgerkörper erzeugt werden.
Zur Gestaltung einer vorgegebenen radialen Steifigkeit kann bei dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger vorgesehen sein, dass der Elastomerkörper an seiner Außenmantelfläche eine Mehrzahl von Elastomerausnehmungen aufweist. Diese Elastomerausnehmungen können insbesondere axial beabstandet und umfänglich verlaufend ausgebildet sein. Diese Ausnehmungen können Freiflächen für das umfänglich beabstandete Elastomer bereitstellen zur jeweiligen Erniedrigung der radialen Steifigkeit des Schwingungstilgers, wobei die Größe der Ausnehmungen ein Maß für die Erniedrigung der Steifigkeit im Vergleich zu einer vollzylindrischen Mantelfläche des Elastomerkörpers darstellen kann. In solchen Ausführungsformen, bei welchen die radiale Steifigkeit im Wesentlichen rotationssymmetrisch ausgebildet ist, kann vorgesehen sein, dass diese Ausnehmungen umfänglich äquidistant beabstandet über eine Außenmantelfläche des Elastomerkörpers angeordnet sind. Grundsätzlich können diese Ausnehmungen im Querschnitt eckig, beispielsweise dreieckig oder gekrümmt ausgebildet sein, insbesondere einen Kreisbogen umfassen, beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet sein.
Der zwischen dem Befestigungselement und dem Tilgerkörper angeordnete Elastomerkörper kann in Einbaulage wie beschrieben mit radialer Vorspannung, jedoch auch mit axialer Vorspannung angeordnet sein, um insbesondere sicherzustellen, dass bei den üblichen Betriebskräften das Elastomer im Wesentlichen auf Druck beaufschlagt wird zur Vermeidung von die Lebenszeit vermindernden Zugbeanspruchungen.
Die Erfindung betrifft ferner das Verwenden einer Elastomerbuchse, umfassend einen Innenkern, eine den Innenkern umgebende Außenhülse und einen radial zwischen Innenkern und Außenhülse angeordneten Elastomerkörper als Schwingungstilger zur Reduzierung einer Bewegung eines Bauelementes, insbesondere zur Reduzierung der Bewegung eines KFZ-Fahrwerksteils, wobei der Innenkern als Befestigungselement ausgebildet ist zur Befestigung an dem Bauelement, und wobei die Außenhülse ausgebildet ist zur Bereitstellung der Schwingungsmasse des Schwingungstilgers, die frei schwingend über den Elastomerkörper an dem Befestigungsteil befestigt ist. Dabei kann die Elastomerbuchse zumindest eine der obenstehend beschriebenen Ausbildungen eines Schwingungstilgers aufweisen.
Die Erfindung wird im Folgenden durch das Beschreiben einer Ausführungsform nebst Abwandlungen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren erläutert, wobei

1a einen erfindungsgemäß gestalteten Schwingungstilger in einer perspektivischen Ansicht,
1b den Schwingungstilger der 1a in einer frontalen Ansicht,
1c den Schwingungstilger in einem Längsschnitt der Ebene A-A der 1b,
2a das als Innenteil ausgebildete Befestigungselement mit anvulkanisiertem Elastomerkörper des Schwingungstilgers der 1a in einer perspektivischen Ansicht,
2b das Befestigungselement mit anvulkanisiertem Elastomerkörper in einem Längsschnitt der Ebene A-A,
3 eine Explosionsdarstellung des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers der 1a umfassend den Tilgerkörper mit koaxial angeordnetem Befestigungselement und daran anvulkanisiertem Elastomerkörper, und
4 die Darstellung der 3 im Längsschnitt in der Ebene A-A

1 zeigt einen erfindungsgemäß gestalteten Schwingungstilger 1 in einer Perspektivansicht, der ausgebildet ist, die Bewegung eines Fahrwerkteils während des Betriebs eines Fahrzeugs zu reduzieren. Der erfindungsgemäße Schwingungstilger ist als Elastomerbuchse ausgebildet mit einem als Befestigungselement dienenden Innenteil 2, an das ein Elastomerkörper 4 anvulkanisiert ist, wobei der Elastomerkörper rotationssymmetrisch zur Achse S ausgebildet sein kann. Am Elastomerkörper ist in noch zu beschreibender Art ein Tilgerkörper 7 befestigt, welcher als Schwingungsmasse elastisch über den Elastomerkörper 4 an dem Innenteil 2 befestigt bzw. aufgehangen ist. Eine Befestigung des Schwingungstilgers an dem in seiner Bewegung zu dämpfenden Bauteil kann in der beschriebenen Ausführungsform über einen sich durch die Bohrung 22 des Innenteils 2 erstreckenden Verbindungsbolzen erfolgen. Im Betrieb kann der über den Elastomerkörper elastisch an das Befestigungselement gekoppelte Tilgerkörper ansonsten frei schwingen.
In der beschriebenen Ausführungsform kann das Innenteil 2 aus Metall, beispielsweise mittels eines Druckgussverfahrens oder eines Stranggießverfahrens gestaltet, oder aus einem Hartmetall hergestellt sein. Der die Tilgermasse bereitstellende Tilgerkörper 7 besteht in der Regel auch aus Metall. Der Elastomerkörper kann insbesondere aus einem beliebigen formstabilen, elastischen Kunststoff hergestellt sein.
1b zeigt den erfindungsgemäßen Schwingungstilger in einer Frontalansicht koaxial zur Achse S.
Den Längsschnitt in der in 1b gekennzeichneten Ebene A-A zeigt 1c. In der beschriebenen Ausführungsform weist das ansonsten hohlzylindrisch ausgebildete Innenteil 2 einen etwa axial mittig nach außen kragenden Kragen oder Radialnocken 25 auf, dessen Radial- und Axialflächen vollständig durch Elastomer abgedeckt sind. Der Elastomerkörper 4 umfasst insofern eine erste Radialspur 42a, die ringförmig ausgebildet ist, eine Axialspur 40, die hohlzylindrisch ausgebildet ist und eine zweite Radialspur 42b, wiederum als Ringscheibe ausgebildet. Diese angegebenen Elastomerspuren können wie in der beschriebenen Ausführungsform zusammenhängend gestaltet sein. In der beschriebenen Ausführungsform ist der Elastomerkörper 4 mit dem Innenteil 2 verbunden, beispielsweise durch Anvulkanisieren.
Der elastisch über den Elastomerkörper 4 am Innenteil 2 aufgehangene Tilgerkörper 7 weist im Bereich eines axialen Endabschnittes einen sich nach innen erstreckenden Radialflansch 70 auf, der radial zum Innenteil 2 und einer hier dünnen, nicht notwendigen Elastomerbelegung über eine radiale Lücke 50a in Form eines Luftspaltes beabstandet ist. Im Bereich eines gegenüberliegenden axialen Endabschnittes weist der Elastomerkörper 4 eine anvulkanisierte Ringscheibe 45 aus einem zum Elastomer harten Material, beispielsweise Metall oder Hartkunststoff auf, durch welche die in der Figur untere Radialspur 42b beschränkt ist. Wie aus der Figur ersichtlich, können in der beschriebenen Ausführungsform die beiden Radialspuren 42a, b sowie die diese begrenzenden Abschnitte des Innenteils 2 und des Tilgerkörpers 7 im Wesentlichen identisch aufgebaut sein. In ähnlicher Weise ist radial innen zur Ringscheibe 45 eine radiale Lücke 50b in Form eines Luftspaltes vorgesehen, welche im Wesentlichen der radialen Lücke 50a am gegenüberliegenden Längsende des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers 1 entspricht, d.h. geometrisch gleich ausgebildet sein kann. Durch jeweilige Gestaltung der Axialspur 40, der beiden Radialspuren 42a, b des Elastomers des Elastomerkörpers 4 und durch Einstellung der Masse des Tilgerkörpers 7 sind die entsprechenden Eigenfrequenzen des durch den erfindungsgemäßen Schwingungstilger bereitgestellten Schwingungssystems an die jeweiligen Erfordernisse anpassbar.
Eine besonderes Gestaltungsmerkmal der beschriebenen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers wird aus der Schnittdarstellung der 1c ersichtlich. Erkennbar bildet der Flansch 70 des Tilgerkörpers 7 und der Radialnocken 25 des Innenteils 2 einen axialen Hinterschnitt in Bezug auf eine relative axiale Bewegung des Elastomerkörpers zum Innenteil 2. In gleicher Weise ragt ein radial innenliegender Abschnitt der Ringscheibe 45 radial über das radiale Ende des Radialnockens 25 vor, sodass auch in diesem Bereich ein axialer Hinterschnitt bei einer axialen relativen Bewegung zwischen Innenteil 2 und Tilgerkörper 7 vorliegt. Der letztbeschriebene Hinterschnitt wird dadurch eingestellt, dass die Ringscheibe 45 im zusammengesetzten Zustand der Bauteile des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers fest, in der beschriebenen Ausführungsform kraftschlüssig mit dem Tilgerkörper verbunden ist. „Fest“ meint dabei, dass eine starre Verbindung zwischen Ringscheibe 45 und Tilgerkörper 7 vorliegt bei den üblicherweise auf den Schwingungstilger einwirkenden Betriebskräften.
Die 2a, b zeigen in einer perspektivischen Ansicht (2a) und einer Längsschnittdarstellung (2b) das als Innenteil 2 ausgebildete Befestigungselement, mit dem der Elastomerkörper 4 in der beschriebenen Ausführungsform stoffschlüssig verbunden ist, wobei der Elastomerkörper die mit dem Elastomer auch stoffschlüssig verbundene Ringscheibe 45 aufweist. In einer Ausführungsform kann der Gegenstand von 2 beispielsweise in einer Spritzgießform durch Anspritzen von Elastomer an das Innenteil 2 und die Ringscheibe 46 hergestellt werden. Der Radialnocken 25 ist durch die beiden Radialspuren 42a, b und die Axialspur 40 in der beschriebenen Ausführungsform von Elastomer vollständig umgeben, wobei der Elastomerkörper eine hier zylinderförmige Außenmantelfläche 47 und eine hier kreisringförmige Radialfläche 48 ausbildet zur Anlage an zugeordneten Flächen des Elastomerkörpers. Radial und axial innen werden die Radialspuren 42a, b und die Axialspur 40 des Elastomers durch zugeordnete Radialflächen 21b, 21d bzw. die zugeordnete Axialfläche 21c des Radialnockens 25 beschränkt.
Zur Einstellung einer vorgegebenen radialen Steifigkeit des Schwingungstilgers 1 kann die hier grundsätzlich zylinderförmige Axialfläche 47 eine Mehrzahl von beabstandeten Ausnehmungen 49 aufweisen, welche Freiflächen für das radial belastete Elastomer bereitstellen. Diese Ausnehmungen können je nach Ausführungsform unterschiedlich gestaltet sein, beispielsweise im Querschnitt rechteckig oder bogenförmig, insbesondere halbkreisförmig wie in der in 2 dargestellten Ausführungsform. Da die Anordnung rotationssymmetrisch zur Achse S ausgebildet ist, weist der beschriebene Schwingungstilger 1 in die beiden zur Achse S und zueinander senkrechten Radialrichtungen eine im Wesentlichen identische Steifigkeit auf, da hier die Ausnehmungen 49 umfänglich äquidistant beabstandet angeordnet sind.
Mit Bezug auf die 3, 4 wird im Folgenden der Zusammenbau des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers und damit die Befestigung des mit anvulkanisiertem Elastomerkörper ausgebildeten Innenteil an den Tilgerkörper erläutert. Hierzu zeigt 3 eine koaxiale Ausrichtung des hülsenförmigen Tilgerkörpers 7 und den als Innenteil ausgebildeten Befestigungselement 2 als Ausgangspunkt für ein relatives Aufeinanderzubewegen in axialer Richtung derart, dass das mit dem Elastomerkörper versehene Innenteil mit dem Tilgerkörper durch Verklemmen in eine kraftschlüssige Verbindung gebracht wird, bei welcher der Elastomerkörper sowohl in axialer als auch in radialer Richtung in zugeordneten Sitzabschnitten des Tilgerkörpers eingepresst ist.
Zur weiteren Erläuterung sei auf 4 verwiesen, welche die beiden koaxial ausgerichteten Bauteile des erfindungsgemäßen Schwingungstilgers in einem Längsschnitt zeigt. Der Tilgerkörper 7 ist in der beschriebenen Ausführungsform rotationssymmetrisch aufgebaut und weist einen durch die Radialfläche 71 und Axialfläche 72 gebildeten Sitz für einen Elastomerabschnitt des Elastomerkörpers 4 bereit, welcher durch eine Radialfläche 48 und eine Axialfläche 47 begrenzt ist. In der beschriebenen Ausführungsform ist der radiale Abstand der zylindrischen Mantelfläche 47 des Elastomerkörpers 4 zur Achse S größer als der radiale Abstand der axialen Sitzfläche 72 des Tilgerkörpers 7 zur Achse S, sodass nach dem Zusammenfügen der beiden Bauteile das Elastomer des Elastomerkörpers 4 in radialer Richtung vorgespannt ist. Nach dem Einführen des beschriebenen Elastomerabschnittes in den Elastomersitz und dem weiteren Einschieben, sodass die Radialfläche 48 des Elastomerkörpers in Kontakt mit der radialen Sitzfläche 71 des Tilgerkörpers gerät, wird gleichzeitig die Ringscheibe 45 in den durch die axial zum Elastomersitz benachbarten, weiteren Sitz eingeführt, welcher durch die radiale Sitzfläche 78 und die axiale Sitzfläche 79 des Tilgerkörpers gebildet ist. Die radiale Erstreckung der Ringscheibe 45 ist wiederum geringfügig größer als der Abstand der axialen Sitzfläche 79 des Tilgerkörpers zur Achse S, sodass die Ringscheibe 45 in den zugeordneten Sitz 77 eingepresst und damit kraftschlüssig mit dem Tilgerkörper 7 verbunden ist. Der beschriebene Kraftschluss zwischen der Ringscheibe 45 und dem Tilgerkörper 7 ist in der beschriebenen Ausführungsform sehr viel größer eingestellt, als auftretende Betriebskräfte, welche eine Aufhebung dieses Kraftschlusses hervorgerufen würden. Insofern stellt im Betrieb die Ringscheibe 45 in gleicher Weise wie der Radialflansch 70 ein zum Tilgerkörper im Wesentlichen starres Bauteil bzw. starrer Abschnitt dar.
Der erfindungsgemäße Schwingungstilger ist insbesondere durch Einstellung der axialen Dicke der Radialspuren 42a, b und/oder der radialen Dicke der Radialspur 40 des Elastomerkörpers flexibel zusammen mit der Masse des Tilgerkörpers 7 zur Einstellung vorgegebener Resonanzfrequenzen einstellbar.
Bezugszeichenliste

1: Schwingungstilger
2: Befestigungselement, Innenteil
4: Elastomerkörper
7: Tilgerkörper, Außenhülse
20: Außenmantelfläche
21a, b, c, d: Außenmantelflächenabschnitt; Begrenzungsfläche
22: Bohrung
23: Zylinderoberfläche
25: Radialnocken, Kragen, Nocken
40: Axialspur, axiale Elastomerspur
42a, b: Radialspur, radiale Elastomerspur
45: Ringscheibe
46: Klemmfläche, äußere Mantelfläche
47: Mantelfläche
48: Radialfläche
49: Ausnehmung, Elastomerausnehmung
50a, b: Radiale Lücke
70: Radialflansch
71: Radiale Sitzfläche
72: Axiale Sitzfläche
75: Sitz
77: Sitz
78: Radiale Sitzfläche
79: Axiale Sitzfläche / Klemmfläche
S: Achse

Claims

Schwingungstilger (1) zur Dämpfung der Bewegung eines Bauelements, insbesondere zur Dämpfung der Bewegung eines KFZ-Fahrwerksteils, umfassend ein Befestigungselement (2) zur Befestigung des Schwingungstilgers an dem Bauelement, einen Elastomerkörper (4) und einen Tilgerkörper (7), wobei der Tilgerkörper über den Elastomerkörper (4) mit dem Befestigungselement (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (1) in der Art einer Elastomerbuchse ausgebildet ist, bei welcher der Tilgerkörper (7) als Außenhülse radial außen zum als Innenteil angeordneten Befestigungselement (2) und der Elastomerkörper (4) radial zwischen Tilgerkörper (7) und Befestigungselement angeordnet ist.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwingungstilger (1) ausgebildet ist, in einer axialen Richtung sowie zwei senkrecht zueinander liegende Radialrichtungen eine jeweilige vorgegebene Tilgerfunktionalität auszuführen, wobei das Verhältnis der Steifigkeit des Schwingungstilger in axialer Richtung zu der Steifigkeit in einer radialen Richtung zwischen 0,3 bis 3, insbesondere zwischen 0,7 und 1,5 liegt.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (2) als Innenhülse ausgebildet ist, insbesondere mit einer Bohrung (22) zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (2) in Bezug auf eine dem Elastomerkörper (4) zugewandte Außenmantelfläche rotationssymmetrisch ausgebildet ist.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (2) stoffschlüssig mit dem Elastomerkörper (4) verbunden ist.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (2) in Einbaulage mit dem Tilgerkörper (7) einen Hinterschnitt in axialer Richtung bildet, wobei eine radiale Elastomerspur (42a, b) des Elastomerkörpers zwischen zugeordneten, den Hinterschnitt bildenden Abschnitten des Befestigungselementes (2) und des Tilgerkörpers (7) verläuft.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungselement (2) einen sich radial nach außen erstreckenden und umlaufenden Nocken (25) aufweist.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, das s axial verlaufende und radial verlaufende Begrenzungsflächen (21b, d; 21c) des Nockens (25) mit einer jeweiligen Elastomerspur (40; 42a, b) des Elastomerkörpers (4) belegt sind.
Schwingungstilger (1) nach den Ansprüchen 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (4) in einem Längsschnitt eine umlaufende Nut zur Aufnahme des Nockens (25) des Befestigungselementes (2) aufweist.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (4) an einem axialen Endabschnitt eine stoffschlüssig mit Elastomermaterial des Elastomerkörpers (4) verbundene Ringscheibe (45) aufweist, die radial beabstandet zum Befestigungselement (2) angeordnet ist.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Ringscheibe (45) im Bereich einer äußeren Mantelfläche (46) in einem zugeordneten Innenmantelabschnitt des Tilgerkörpers (7) mit diesem verbunden, insbesondere radial verpresst ist.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, das s eine dem Nocken (25) des Befestigungselementes (2) zugewandte Ringfläche der Ringscheibe (45) und eine dazu axial beabstandete Radialfläche (21b, d) des Nockens (25) des Befestigungselementes (2) eine axiale Höhe einer Radialspur (42a, b) von Elastomermaterial des Elastomerkörpers (4) festlegen.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Innenmantelfläche der Ringscheibe (45) und einem auf gleicher axialer Höhe angeordneten äußeren Mantelflächenabschnitt des Befestigungselementes (2) eine elastomerfreie radiale, insbesondere umlaufende Lücke (50a, b) vorgesehen ist.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilgerkörper (7) axial beabstandet zur Ringscheibe (45) und etwa spiegelsymmetrisch zur Ringscheibe (45) bezüglich einer Symmetrieebene senkrecht zur Achse des Tilgerkörpers (7) einen sich radial nach innen erstreckenden Flansch (7c) aufweist.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (4) mit einer axial verlaufenden Außenmantelfläche (47) an einer zugeordneten Innenmantelfläche (72) des Tilgerkörpers (7) anliegt.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (4) zur Festlegung einer radialen Steifigkeit an seiner Außenmantelfläche (47) eine Mehrzahl beabstandeten Elastomerausnehmungen (49), insbesondere von umfänglich beabstandeten und axial verlaufenden Elastomerausnehmungen (49) aufweist.
Schwingungstilger (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (49) halbzylinderförmig ausgebildet sind.
Schwingungstilger (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (4) mit radialer und/oder radialer Vorspannung zwischen Befestigungselement (2) und Tilgerkörper (7) angeordnet ist.