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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entkopplungselement, insbesondere ein Schwingungsentkopplungselement, sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung.
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Entkopplungselemente oder auch Schwingungsentkopplungselemente werden beispielsweise im Fahrzeugbau dazu verwendet, Komponenten oder Anbauteile vor Vibrationen zu schützen. Die Grundidee besteht darin, dass zwei Bauteile nicht unmittelbar miteinander verbunden werden, sondern mittelbar über ein derartiges Entkopplungselement, welches dann ermöglicht, eine Schwingungsübertragung von einem auf das andere Element zu vermeiden oder zu dämpfen etc. Da derartige Elemente im Betrieb teils hohen und vor allem wiederkehrenden Lasten ausgesetzt sind, stellt eine ausreichende Lebensdauer eine große Herausforderung dar. Daneben gilt es auch, derartige Elemente so zu konstruieren, dass diese gut zu montieren sind.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Entkopplungselement sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung anzugeben, wobei neben einer hervorragenden Schwingungsentkopplung gleichzeitig eine gute Montierbarkeit und eine lange Lebensdauer erreicht werden sollen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Entkopplungselement gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Erfindungsgemäß umfasst ein Entkopplungselement, insbesondere ein Schwingungsentkopplungselement, ein Grundelement, welches sich entlang einer Längsachse erstreckt, und welches durch zwei Teilelemente gebildet ist, welche entlang der Längsachse aneinander angeordnet sind, wobei das Grundelement an seinem Außenumfang einen ersten Anordnungsabschnitt, insbesondere für ein erstes Bauteil, und wobei das Grundelement eine Öffnung aufweist, welche sich entlang der Längsachse erstreckt, wobei in der Öffnung ein Halteelement angeordnet ist, welches einen zweiten Abschnitt formt, insbesondere zur Anordnung eines zweiten Bauteils, und wobei das Halteelement ausgelegt ist, die Teilelemente entlang der Längsachse zueinander zu fixieren. Vorteilhafterweise ermöglicht die Mehrteiligkeit des Grundelements eine besonders leichte Montage. Zusätzlich wird durch das Halteelement sichergestellt, dass die Teilelemente zueinander fixiert werden können. Es wird bzw. kann sichergestellt werden, dass während der Montage des Entkopplungselements keines der Teilelemente verlorengeht. Das Halteelement kann in das durch die Teilelemente gebildete Grundelement gesteckt werden und dabei gemäß einer Ausführungsform mit zumindest einem der Teilelemente beispielsweise derart verrasten, dass diese sicher zueinander fixiert sind.
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Das Grundelement und das Halteelement sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform rotationssymmetrisch ausgebildet. Gleiches gilt für die Teilelemente, wobei es sich bei diesen, wie später noch weiter ausgeführt, zweckmäßigerweise um Gleichteile handelt.
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Zweckmäßigerweise ist der erste Anordnungsabschnitt als umlaufende Nut ausgebildet. Der Nutquerschnitt kann dabei eckig, trapezförmig, rund, oval, etc. ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform weist der erste Anordnungsabschnitt in Umfangsrichtung eine konstante bzw. gleichmäßige Kontur auf, vgl. die vorgenannte „umlaufende“ Nut. Dies ist aber nicht zwingend nötig. Abhängig davon, welche Geometrie das anzuordnende Bauteil hat, können auch andere Formen möglich und sinnvoll sein. Insbesondere kann der erste Anordnungsabschnitt beispielsweise auch als Steg oder Vorsprung ausgebildet sein, welcher ausgelegt ist, in eine entsprechende Nut des beispielsweise ersten Bauteils einzugreifen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Anordnungsabschnitt durch zwei Einlegeelemente gebildet, welche in den Teilelementen angeordnet, insbesondere dort eingebettet, sind. Zweckmäßigerweise ist in jedem der Teilelemente ein entsprechendes Einlegeelement angeordnet, um beispielsweise eine umlaufende Nut mit beispielsweise eckigem Querschnitt zu formen. Diese zweiteilige Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass für das bzw. die Einlegeelemente ein anderes Material gewählt werden kann als für die Teilelemente.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Einlegeelemente aus einem härteren Material gebildet als das Grundelement bzw. die Teilelemente. Gemäß einer Ausführungsform sind die Einlegeelemente aus einem Kunststoff, bevorzugt beispielsweise Polyamid, gebildet. Diese aus dem Kunststoff geformten Einlegeelemente sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in die Teilelemente einvulkanisiert. Bevorzugte Werkstoffe für die Teilelemente bzw. das Grundelement sind beispielsweise Gummiwerkstoffe wie EPDM (Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuke). Bevorzugte Shore-Härten liegen in einem Bereich von 35-55 ShA, besonders bevorzugt bei etwa 45 ShA.
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Gemäß einer Ausführungsform weisen die Einlegeelemente eine andere Farbe auf als die Teilelemente. Damit wird sichergestellt, dass die Anordnung der Teilelemente entlang der Längsachse nicht vertauscht wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Halteelement ebenfalls aus einem Kunststoff gebildet, beispielsweise Polyamid.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Grundelement, insbesondere jeweils stirnseitig, einen inneren Anschlag und einen äußeren, jeweils ringförmigen, Axialanschlag auf, wobei der innere Anschlag höher ausgebildet ist als der äußere Anschlag. Mit anderen Worten überragt der innere Anschlag den äußeren Anschlag entlang der Längsachse. Der innere Anschlag ist beispielsweise als ein kreisringförmiger Steg ausgebildet, welcher sich entlang der Längsachse erstreckt. Gleiches gilt für den äußeren Anschlag, wobei dieser radial weiter außen angeordnet ist. Über den inneren Anschlag wird in Axialrichtung der Kontakt zu einem anderen Bauteil oder einem Befestigungsmittel bewirkt. Zweckmäßigerweise weist das Entkopplungselement mittelbar über den inneren Anschlag eine kleine Kontakt- oder Anschlagfläche auf, benötigt mit anderen Worten also wenig Bauraum. In Axialrichtung ist also keine großflächige Kontaktfläche vorgesehen, sondern lediglich ein mehr oder weniger dünner, insbesondere kreisringförmiger, Steg, welcher sich zumindest im Wesentlichen entlang der Axialrichtung bzw. Längsrichtung erstreckt.
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Die im Grundelement ausgebildete Öffnung entlang der Längsachse ist bevorzugt zylindrisch bzw. rohrförmig. Sie dient insbesondere der Anordnung des Halteelements. Gemäß einer Ausführungsform weist die Öffnung zumindest zwei quer zur Längsachse orientierte Stege auf, an welchen das Halteelement, insbesondere radial, angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform liegt das Haltelement also nicht vollflächig am Grundelement an, sondern lediglich mittelbar über die Stege, also nur bereichsweise. Da die Stege bevorzugt eher dünnwandig ausgebildet sind, kann damit eine sehr gute Schwingungsentkopplung von vor allem hohen Frequenzen realisiert werden. Entlang der Längsachse ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform jeweils an einem der Teilelemente ein derartiger Steg ausgebildet. Alternativ können jeweils auch mehrere Stege vorgesehen sein, wobei diese nicht zwingend quer zur Längsachse orientiert sein müssen, sondern auch geneigt, schräg, oder gewindeförmig ausgebildet sein können.
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Gemäß einer Ausführungsform weist jedes Teilelement entlang der Längsachse jeweils zwei Stege auf, wobei der jeweils außenseitige Steg derart geformt ist, dass er nicht nur der Anordnung des Halteelements dient, sondern auch als der vorgenannte innere Anschlag wirkt. Hierzu ist der äußere Steg beispielsweise in etwa zu einer Mittel- oder Längsachse des Grundelements hin geneigt oder bogenförmig ausgebildet. Vorteilhaft hierbei sind die bereits erwähnten geringeren Bauraumanforderungen durch den kleinen radialen Durchmesser des inneren Anschlags sowie die gute Schwingungsentkopplung aufgrund der nicht vollflächigen Anordnung des Halteelements.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das Halteelement einen rohrförmigen Grundkörper auf, an welchem stirnseitig ein, insbesondere kreisscheibenförmiges, Schutzelement ausgebildet ist, welches sich quer zur Längsachse erstreckt, und welches ausgelegt ist, den Grundkörper stirnseitig zumindest bereichsweise zu überdecken. Wie bereits erwähnt, ist das Halteelement bevorzugt aus einem robusten Werkstoff, insbesondere einem robusten Kunststoff, wie beispielsweise Polyamid, gefertigt. Über das Schutzelement kann zweckmäßigerweise das Grundelement stirnseitig zumindest bereichsweise überdeckt werden, sodass etwaige Befestigungsmittel, welche zum Arretieren oder Befestigen des Entkopplungselements an einem Bauteil verwendet werden, nicht das weiche und empfindliche Grundelement beschädigen können. Daneben wirkt das Schutzelement zweckmäßigerweise als ein Anschlag, welcher zum Fixieren der Teilelemente entlang der Längsachse nötig ist.
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Gemäß einer Ausführungsform weist der Grundkörper zum Fixieren der Teilelemente ein Formschlusselement auf, welches ausgelegt ist, mit zumindest einem der Teilelemente form- und/oder kraftschlüssig zusammenzuwirken.
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Das Formschlusselement, wobei auch mehrere derartige Formschlusselemente vorgesehen sein könne, ist zweckmäßigerweise ausgelegt, ein Verrasten oder dergleichen des Halteelements mit dem Grundelement bzw. zumindest einem der Teilelemente zu ermöglichen. Damit ist gemeint, dass das Halteelement entlang der Längsachse nicht ohne einen gewissen Kraftaufwand aus dem Grundelement herausgezogen werden kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist das Formschlusselement als an dem Grundkörper umfänglich und radial nach außen gerichteter Vorsprung ausgebildet. Dieser Vorsprung oder Fortsatz ist zweckmäßigerweise ausgelegt, in einem entsprechend ausgebildeten Eingriffsbereich des Grundelements bzw. der Teilelemente einzugreifen. Die vorgenannte Konstruktion kann auch gerade umgekehrt ausgebildet sein. So ist alternativ beispielsweise am Grundkörper ein Eingriffsbereich in Form eines Rücksprungs oder dergleichen ausgebildet, in welchem ein Vorsprung oder Fortsatz des Grundelements bzw. des Teilelements eingreift.
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Wie bereits erwähnt sind die Teilelemente bevorzugt Gleichteile. Dies ist besonderes kostenseitig vorteilhaft. Wie ebenfalls bereits erwähnt, sind die in den Teilelementen bevorzugt angeordneten oder eingebrachten Einlegeelemente, welche bevorzugt aus einem verschleißarmen bzw. verschleißärmeren Material als die Teilelemente ausgebildet sind, farblich anders gestaltet, um einen korrekten Verbau bzw. eine fehlerfreie Montage zu gewährleisten bzw. zu unterstützen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Bauteilverbindung, wobei ein erstes Bauteil und ein zweites Bauteil über ein erfindungsgemäßes Entkopplungselement verbunden werden, wobei das Entkopplungselement erst beim Herstellen der Bauteilverbindung zusammengesetzt wird. Dieser Ansatz zeichnet sich insbesondere durch eine sehr gute Verbaubarkeit aus. Vor allem kann auch sichergestellt werden, dass das Entkopplungselement bei der Montage nicht bereits beschädigt oder zerstört wird, beispielsweise durch das Aufbringen unzulässig hoher Kräfte. Zweckmäßigerweise geht der Zusammenbau des Entkopplungselements direkt einher mit dessen Anordnung an einem der Bauteile.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- - Anordnen eines ersten Teilelements in oder an einer Öffnung des ersten Bauteils von einer ersten Seite her, wobei die Öffnung des ersten Bauteils beispielsweise rund, insbesondere kreisrund, ist, wobei dies nicht zwingend der Fall sein muss;
- - Anordnen eines zweiten Teilelements in oder an der Öffnung von einer gegenüberliegenden zweiten Seite her;
- - Anordnen eines Halteelements in dem durch die Teilelemente geformten Grundelement;
- - Anordnen des zweiten Bauteils in dem durch das Halteelement gebildeten zweiten Anordnungsabschnitt;
- - Arretieren des zweiten Bauteils relativ zum Entkopplungselement.
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Bei dieser Ausführungsform weist das durch die Teilelemente geformte Grundelement einen beispielsweise nutförmigen und umlaufenden Anordnungsabschnitt an seiner Außenseite auf, wobei dieser formschlüssig mit der Öffnung des ersten Bauteils zusammenwirkt. Das zweite Bauteil umfasst beispielsweise einen Bolzen oder dergleichen, welcher durch den durch das Halteelement geformten zweiten Anordnungsabschnitt hindurchgeführt wird. Der Bolzen weist beispielsweise stirnseitig eine Nut oder dergleichen auf, in welche ein Befestigungselement angeordnet werden kann. Damit ist das Entkopplungselement in axialer Richtung, also entlang des vorgenannten Bolzens, fixiert. Zweckmäßigerweise ist vorliegend das Schutzelement stirnseitig ausgebildet, welches verhindert, dass das Befestigungselement unmittelbar das Grundelement kontaktiert und dieses vielleicht beschädigt.
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Alternativ zur vorgenannten Abfolge ist es auch möglich, nach Anordnung des ersten Teilelements bereits das Halteelement durch dieses hindurch zu stecken, um dann im Anschluss das zweite Teilelement zu montieren.
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
- - Vorspannen des Entkopplungselements entlang der Längsachse über das Halteelement.
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Wie bereits erwähnt, ist zwischen dem Halteelement und dem Grundelement bzw. zumindest einem der Teilelemente zweckmäßigerweise eine form- und/oder kraftschlüssige Verbindung vorgesehen, wie beispielsweise eine Rast- oder Schnappverbindung. Diese ist gemäß einer Ausführungsform so ausgebildet, dass gleichzeitig ein Zusammendrücken oder Verspannen der Teilelemente entlang der Längsachse bewirkt wird. Hierzu sind Form und/oder Lage der Eingriffsbereiche bzw. der Formschlusselemente entsprechend positioniert. Unterstützt wird das vorgenannte Vorspannen bzw. Zusammendrücken auch über die Anordnung des Befestigungselements, welches das Halteelement mittelbar über das Schutzelement entlang der Längsachse relativ zum Bolzen des zweiten Bauteils fixiert.
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Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Entkopplungselementen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
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Es zeigen:
- 1: eine schematische Ansicht einer Ausführungsform zweier Teilelemente, welche ein Grundelement formen;
- 2: eine Ausführungsform eines Halteelements;
- 3: die aus den 1 und 2 bekannten Komponenten, zusammengesetzt zu einem Entkopplungselement;
- 4: eine weitere Ausführungsform eines Entkopplungselements.
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1 zeigt zwei Teilelemente 40, welche entlang einer Längsachse L beabstandet zueinander angeordnet sind. Die beiden Teilelemente 40 sind ausgelegt, ein Grundelement 10 zu formen. Hierzu werden sie entlang der Längsachse L aneinander angeordnet, vgl. diesbezüglich auch die 3. Jedes der Teilelemente 40 umfasst ein Einlegeelement 42, wobei diese im montierten Zustand des Entkopplungselements einen ersten Anordnungsabschnitt formen. Die Einlegeelemente 42 sind bevorzugt aus einem härteren, insbesondere verschleißbeständigeren, Material gebildet als die Einlegeelemente 40. Zu erkennen ist, dass jedes der Teilelemente 40 an seiner inneren Umfangsfläche einen Eingriffsbereich 24 aufweist, dieser dient der form- und/oder kraftschlüssigen Verbindung mit einem Halteelement 60, welches in der 2 beispielhaft dargestellt ist.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Halteelements 60, welches einen Grundkörper 66 umfasst, welcher rohrförmig bzw. zylindrisch ausgebildet ist. Im Inneren formt das Halteelement 60 einen zweiten Anordnungsabschnitt 62 zur Anordnung eines Bauteils. An einem ersten Ende weist das Halteelement 60 ein Schutzelement 64 auf, welches als kreisscheibenförmiges Element ausgebildet ist. An einem gegenüberliegenden zweiten Ende weist der Grundkörper 66, umfänglich und radial nach außen gerichtet, ein Formschlusselement 68 auf, welches vorliegend als eine Art Vorsprung ausgebildet ist.
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3 zeigt die aus den 1 und 2 bekannten Teilelemente 40 im montierten Zustand. Vorliegend ist also ein dreiteiliges Entkopplungselement zu sehen, wobei die Teilelemente 40 entlang der Längsachse L aneinander angeordnet sind, wodurch ein erster Anordnungsabschnitt 12 gebildet ist. In den Teilelementen 40 ist das Haltelement 60 entlang der Längsachse L angeordnet, wobei das Formschlusselement 68 mit dem Eingriffsbereich 24 form- und/oder kraftschlüssig zusammenwirkt, wodurch ein aneinander Anordnen bzw. Fixieren der Teilelemente 40 entlang der Längsachse L bewirkt wird. Hierbei wird deutlich, dass das Schutzelement 64, welches zum einen ausgelegt ist, das Grundelement 10 stirnseitig zu schützen und abzudecken, auch als Anschlag wirkt.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Entkopplungselements bzw. einer Bauteilverbindung, wobei zwei Teilelemente 40 entlang einer Längsachse L aneinander angeordnet sind und ein Grundelement 10 formen. Dieses weist außenseitig einen ersten Anordnungsabschnitt 12 auf. Ein Halteelement 60 ist in dem Grundelement 10 angeordnet. Das Halteelement 60 weist einen rohrförmigen oder zylindrischen Grundkörper 66 sowie ein Schutzelement 64 auf, welches stirnseitig ausgebildet und untere anderem ausgelegt ist, das Grundelement 10 axial abzuschirmen. Der Grundkörper 60 liegt in vorliegender Ausführungsform nicht flächig am Grundelement 10 bzw. den Teilelementen 40 an. Stattdessen weisen die Teilelemente 40 jeweils Stege 22 auf, an welchen das Halteelement 60 bzw. dessen Grundkörper 66 anliegt. Die Teilelemente 40 weisen jeweils stirnseitig einen inneren Anschlag 14 und einen äußeren Anschlag 16 auf. Bei dieser Ausführungsform sind die inneren Anschläge 14 ebenfalls stegförmig geformt und dienen in der Folge auch der Anordnung des Halteelements 60. Die Eingriffsbereiche 24, welche zum Zusammenwirken mit einem Formschlusselement 68 des Halteelements 40 ausgebildet sind, sind vorliegend zwischen den Stegen 22 und den entsprechend geformten inneren Anschlägen 14 ausgebildet. Bezugszeichen 70 deutet ein erstes Bauteil an, welches einen Bolzen 72 umfasst, welcher sich entlang der Längsachse L erstreckt. Nicht dargestellt ist, dass der Bolzen 72 im Bereich etwas oberhalb des Schutzelements 64 beispielsweise eine Nut aufweist, in welcher ein Befestigungselement, wie ein Sprengring oder dergleichen, angeordnet werden kann. Über das Halteelement 60 können die Teilelemente 40 entlang der Längsachse L vorgespannt werden. Durch das hier nicht dargestellte Befestigungselement kann diese Vorspannung verstärkt oder zumindest sichergestellt werden. In dem ersten Anordnungsabschnitt 12 ist ein hier nicht dargestelltes zweites Bauteil anordenbar, welches beispielsweise eine kreisförmige Öffnung aufweist. Vorteilhafterweise muss das Entkopplungselement in diese Öffnung nicht in irgendeiner Art und Weise eingepresst werden, sondern kann dort unmittelbar zusammengebaut werden, indem beispielsweise nacheinander die Teilelemente 40 an der Öffnung angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Grundelement
- 12
- erster Anordnungsabschnitt
- 14
- innerer (axialer) Anschlag
- 16
- äußerer (axialer) Anschlag
- 20
- Öffnung
- 22
- Steg
- 24
- Eingriffsbereich
- 40
- Teilelement
- 42
- Einlegeelement
- 60
- Halteelement
- 62
- zweiter Anordnungsabschnitt
- 64
- Schutzelement
- 66
- Grundkörper
- 68
- Formschlusselement
- 70
- erstes Bauteil
- 72
- Bolzen
- L
- Längsachse
