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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Montageanordnung für Montage eines Bauteils an einer Umgebung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Montageanordnung ist insbesondere für die schwingungsdämpfende Montage eines Bauteils an einem Fahrzeugrahmen geeignet.
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Aus dem Stand der Technik sind Montageanordnungen bekannt geworden, bei denen über den Umfang versetzte Anschlagbereiche einerseits an dem zu montierenden Bauteil und andererseits an der Montageumgebung festgelegt werden. Diese Bereiche funktionieren über die Dämpfungseigenschaft des Kunststoffes bzw. des Materials, aus dem derartige Montageanordnungen geformt sind wie eine Tellerfeder. Die über den Umfang versetzten Anschlagbereiche können eine Schublast kompensieren, wobei geringe Federraten bei akzeptablen Alterungseigenschaften erreicht werden. Für gute Dämpfungseigenschaften ist es zu bevorzugen, wenn eine solche Montageanordnung einen möglichst großen Arbeitsbereich hat, wobei die prinzipiell als Tellerfeder konstruierte Montageanordnung funktional in einen Arbeitsbereich und einen Ausbreitungsbereich unterteilt ist. Der Arbeitsbereich sollte möglichst groß sein, um möglichst niedrige Eigenresonanzen der Montageanordnung zu erzielen. Der Einsatz der Prinzipien einer Tellerfeder erlaubt einen akzeptablen Arbeitsbereich und somit akzeptable Dämpfungseigenschaften bei einer ebenfalls akzeptablen Alterung.
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Aus der
JP 6895141 B ist eine Montageanordnung bekannt, die zwei Anschlagabschnitte aufweist, die über Stege miteinander verbunden sind. Die Dämpfungseigenschaft wird hier prinzipiell gleichermaßen über das Prinzip einer Tellerfeder erreicht.
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Es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Montageanordnung zur Verfügung zu stellen, die bei im Wesentlichen gleichen Platzbedarf und bei im Wesentlichen gleichen Materialien bessere Dämpfungseigenschaften und bessere Alterungseigenschaften vorzuweisen vermag.
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Gemäß der Erfindung ist die Montageanordnung zur Montage eines Bauteils an einer Umgebung mit einem bauteilseitigen Anschlagabschnitt, einem umgebungsseitigen Anschlagabschnitt und einem Dämpfungsabschnitt zwischen dem bauteilseitigen und dem umgebungsseitigen Anschlagabschnitt ausgebildet. Dabei weist das Material des Dämpfungsabschnitts eine Form auf, die einer wenigstens angenähert periodischen Funktion nahekommt, wobei im Bereich der maximalen Amplituden der wenigstens angenähert periodischen Funktion Auflageflächen ausgebildet sind, die den Anschlagabschnitten zuzuordnen sind. Im einfachsten Fall weist der Dämpfungsabschnitt eine wellenfederartige Konstruktion auf. Dabei ist es gegebenenfalls auch wesentlich, dass die besagte erfindungsgemäße Montageanordnung bevorzugt einstückig aus wenigstens einem und bevorzugt einem Kunststoffmaterial ausgebildet werden kann.
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Die Auflageflächen können vorteilhafter Weise abgeflacht sein, das heißt, die Bereiche der maximalen Amplituden der Form des Dämpfungsabschnittes können abgeflacht sein. Auch können sie über die maximalen Amplituden hinausgehend als Auflageflächen bzw. Anschlagabschnitte ausgebildet sein.
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Wesentlich ist dabei, dass die Form des Dämpfungsabschnittes, die vorteilhafterweise um den gesamten Umfang der bevorzugt zylindersymmetrisch geformten Montageanordnung herumläuft im Wesentlichen stetig verläuft.
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Die periodische Funktion kann eine Sinusfunktion oder eine Kosinusfunktion sein, wobei aufgrund der Kontinuität der Form des Dämpfungsabschnittes über den Umfang des Dämpfungsabschnittes kaum wesentliche Abweichungen zu berücksichtigen wären.
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Vorteilhafterweise sollte die periodische Funktion derart bemessen sein, dass sie über den Umfang des Dämpfungsabschnittes wenigstens zwei, bevorzugt wenigstens drei Amplituden bereitstellt, die Auflageflächen und damit Anschlagabschnitte bereitstellen können, und zwar bevorzugt in die positive wie auch die negative Amplitudenausbreitungsrichtung.
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Wie bereits angedeutet, ist es vorteilhaft, wenn die Montageanordnung gemäß der Erfindung wenigstens annähernd zylindrisch ausgestaltet ist, wobei eine hohlzylindrische, durchgängige Ausnehmung vorgesehen ist, über die die Montageanordnung an der Montageumgebung festlegbar ist.
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Um die Festlegung der Montageanordnung und damit die Festlegung eines Bauteils vorteilhaft bewerkstelligen zu können, kann ein zusätzlicher Kontaktring vorgesehen sein, der ebenfalls zylindersymmetrisch ausgebildet ist und der in die hohlzylindrische, durchgängige Ausnehmung mit einem rohrstutzenartigen bzw. zylindrischen Fortsatz eingesetzt werden kann. Die Geometrien der Montageanordnung und des rohrstutzenartigen Fortsatzes sind dabei aufeinander abgestimmt, so dass in einem umfänglichen Kontaktbereich zwischen der Montagenanordnung und dem rohrstutzenartigen Fortsatz, der ebenfalls zylindersymmetrisch ausgebildet ist, d.h., der Kontaktfläche des Kontaktringes in Bezug auf die Auflageflächen bzw. Anschlagabschnitte die gewünschte Dämpfungseigenschaft bzw. Wellenfedereigenschaft nicht beeinträchtigt wird.
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Bevorzugt weist der Kontaktring und dessen zylindrischer bzw. rohrstutzenartiger Fortsatz ebenfalls einen zylindrischen Hohlraum auf, der durchgängig ist, durch welchen zur Festlegung an der Montageumgebung ein Schraubbolzen oder dergleichen hindurchgeführt werden kann, der sich von dem oberen Ende der Montageanordnung bis zu der Montageumgebung erstreckt, so dass auf diese Weise das festzulegende Bauteil an der Montageumgebung, etwa einem Fahrzeugabschnitt, Fahrzeugrahmen, oder dergleichen, festgelegt werden kann.
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Da auch über das Material die Dämpfungseigenschaften der Montageanordnung beeinflusst werden können, wird das Material für den Dämpfungsabschnitt vorteilhafterweise derart ausgewählt, dass ein zu dämpfendes Vibrationsspektrum des Bauteils bevorzugt aufgenommen wird, wobei insbesondere eine Größe bzw. Geometrie der Auflageflächen und damit des Anschlagabschnittes ebenfalls angepasst werden könnte.
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Vorteilhafterweise ist der Dämpfungsabschnitt einstückig mit wenigstens einem, bevorzugt beiden, Anschlagabschnitten ausgebildet, kann aber auch als separater Abschnitt ausgebildet werden, wobei hier einerseits ein höherer Montageaufwand, jedoch andererseits eine unter Umständen günstigere Materialauswahl in Bezug auf die verschiedenen Abschnitte der erfindungsgemäßen Montageanordnung getroffen werden kann.
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Die Abschnitte der Montageanordnung sind insbesondere im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet, und dabei bevorzugt integral ausgebildet, wobei diese im zusammengesetzten Zustand einen zylindrischen, durchgängigen Hohlraum entlang einer Zylinderachse der Montageanordnung bereitstellen.
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Um eine Zentrierung in vorteilhafter Weise bei der Montage in der Montageumgebung, beispielsweise einem kreisrunden oder im Wesentlichen kreisrunden Loch in einem Fahrzeugrahmen, zu erleichtern, kann die erfindungsgemäße Montageanordnung radial am Außenumfang eine, bevorzugt drei, teilumfängliche Kontaktflächen aufweisen, die die Montageanordnung im zusammengesetzten Zustand bzw. als integral ausgebildete Anordnung, in der Montageumgebung zentrieren. Natürlich können auch zwei, vier oder mehr derartige Kontakteinrichtungen ausgebildet werden.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bestandteile, so dass nicht sämtliche Bestandteile in den Figuren mehrfach erläutert werden müssen. In den Figuren zeigen:
- 1A bis 1D eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Montageanordnung in einer Vorderansicht (1A), einer Ansicht von rechts (1B), einer Ansicht von oben (1D) und in einer Ansicht von unten (1C). 1E zeigt eine prinzipielle Ausbildung eines Beispiels einer Form eines Dämpfungsabschnittes einer Ausführungsform gemäß der Erfindung.
- 2 zeigt eine Draufsicht auf eine Montageanordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
- 3 zeigt eine Ausführungsform einer Montageanordnung in einer perspektivischen Seitenansicht in Anlage zu einem Kontaktring.
- 4 zeigt einen Schnitt durch die Ausführungsform gemäß 3.
- 5 zeigt eine Montagesituation für eine Montageanordnung gemäß der Erfindung.
- 6 zeigt ein Diagramm, das eine Entkopplungseigenschaft über eine herkömmliche Montageanordnung zeigt.
- 7 ist ein Diagramm, das eine Entkopplungseigenschaft über eine Montageanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 8a und 8b zeigen einen schematischen Verlauf der Konturen einer Wellenform eines Dämpfungsabschnitts unter Bezugnahme auf eine in 8b aufgenommene Gleichung.
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Die Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Montageanordnung gemäß den 1A bis 1D wird generell mit dem Bezugszeichen 10 benannt.
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Die Montageanordnung 10 weist einen Anlagebereich 12 mit einem Widerlagerbereich 12a auf, der dazu bestimmt ist, in Kontakt zu einem zu montierenden Bauteil oder einem Träger des Bauteils gebracht zu werden. Der Anlagebereich 12 weist eine zentrale Öffnung 22 auf, durch die in der Montagesituation eine Verbindungseinrichtung, etwa ein Schraubbolzen, hindurchgesteckt werden kann. In dem Zylinderbereich 26 sind Zentrierungskontaktflächen 20 vorgesehen, um die Montageanordnung in einer beispielsweise kreisrunden Öffnung eines Trägers für das Bauteil bzw. in dem Bauteil zu zentrieren. Der obere Anlagebereich kann über eine Verbindungseinrichtung 28, etwa eine Verrastung 28 mit einem erfindungsgemäßen Dämpfungsabschnitt 17 verbunden werden, wobei der bauteilseitige Träger oder das Bauteil an der Montageanordnung festgelegt werden kann. Auch eine Verschraubung oder dergleichen käme hier in Betracht.
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Der Dämpfungsabschnitt 17 ist als wenigstens angenähert periodische Funktion ausgebildet und weist dementsprechend eine obere, bauteilseitige Wellenform 15 und eine untere umgebungsseitige Wellenform 14 auf. Maximale Amplituden dieser periodischen Wellenform oder Funktion sind durch Auflageflächen 16 und 16a gekennzeichnet, die einen bauteilseitigen und einen umgebungsseitigen Anschlagabschnitt 16, 16a ausbilden.
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Mit anderen Worten wird durch die angenähert periodische Funktion, deren Form dem Dämpfungsabschnitt 17 entspricht, eine Art von Wellenfeder ausgebildet, deren bauteilseitige maximale Amplituden 16a den bauteilseitigen Anschlagabschnitt 16a ausbilden. Der umgebungsseitige Anschlagabschnitt 16 wird durch die maximale negative Amplitude ausgebildet, die den Auflageflächen 16 bzw. den Anschlagabschnitt 16 entsprechen. Die Montageanordnung 10 kann dabei aus einem polymeren Material, etwa einem Kunststoff aus der Gruppe gebildet sein, die PE, PP, PVC, PS, PMMA, usw. enthält. Eine Herstellung der Bestandteile kann durch Spritzgießen, Gießen oder dergleichen erfolgen. Auch Metalle können teilweise verwendet werden, falls etwa bestimmte Dämpfungs- bzw. Federeigenschaften erforderlich werden. So kann auch ein Spritzguss aus Aluminium für den Dämpfungsabschnitt in Frage kommen. Auch andere Materialen, wie etwa Stahlblech können insbesondere für spezielle Anwendungen in Betracht gezogen werden.
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In 1B ist zu erkennen, dass die umgebungsseitigen Anschlagabschnitte 16 etwas über die maximale Amplitude der Wellenform der angenähert periodischen Funktionen des Dämpfungsabschnittes 17 hinausgehen. Entsprechend sind auch die Auflageflächen 16a des bauteilseitigen Anschlagabschnittes 16a etwas über die angenähert periodische Funktion der Form des Dämpfungsabschnittes 17 hinausgehend.
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Der zylindrisch ausgebildete Hohlraum 22 ergibt sich insbesondere aus 1C. In diesen zylindrisch ausgebildeten Hohlraum 22 der vorteilhafterweise generell zylindrisch ausgebildeten Montageanordnung 10 kann einerseits ein rohrstutzenartiger Fortsatz 32 eines Kontaktringes 30 (siehe 4) eingesetzt werden, und andererseits kann ein Schraubbolzen 102 (siehe 5) zur Festlegung einer vollständigen Montageanordnung 10 und damit eines Bauteils 50 (siehe 3 bis 5) vorgenommen werden.
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Die 1D zeigt die Montageordnung 10 von oben und macht deutlich, dass in Richtung des Bauteils bzw. eines Trägers des Bauteils 50 drei maximale Amplituden 16a mit einer bestimmten radialen Ausdehnung vorgesehen sind. Diese ergeben den bauteilseitigen Anschlagabschnitt 16a. Natürlich können hier auch vier, fünf oder mehr Auflageflächen 16a ausgebildet werden, die dann insgesamt den bauteilseitigen Anschlagabschnitt 16a ausbilden. Gleiches gilt für die umgebungsseitigen Auflageflächen 16 und damit den umgebungsseitigen Anschlagabschnitt 16.
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Aus der 1E ist ein Dämpfungsabschnitt 17 einer Ausführungsform gemäß der Erfindung zu erkennen. Hier wird der Dämpfungsabschnitt 17 noch angenäherter als periodische Funktion dargestellt, wobei an den maximalen negativen und positiven Amplituden dieser Funktion Auflageflächen 16, 16a ausgebildet sind. Bevorzugt ist der Dämpfungsabschnitt 17 so ausgebildet, dass die eine Seite 17a des Dämpfungsabschnitts 17 kontinuierlich in die andere Seite 17b übergeht, wenn die dargestellte Form des Dämpfungsabschnittes 17 in der realen Ausführungsform über den Umfang der im Wesentlichen zylindrischen Montageanordnung ausgebildet ist.
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Natürlich können auch Diskontinuitäten vorgesehen sein, das heißt, es kann eine Stufe zwischen der Seite 17a und der Seite 17b des Dämpfungsabschnittes 17 gemäß der 1E vorgesehen sein, was jedoch zu einer suboptimalen Dämpfungseigenschaft und einer schnelleren Alterung der Montageanordnung führen kann.
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2 zeigt eine Ausführungsform einer Montageordnung 10 gemäß der vorliegenden Erfindung der die Auflageflächen 16, 17a größer dimensioniert sind, um einen größeren Arbeitsbereich für den Dämpfungsabschnitt 17 zu erzielen. Die Zentrierungskontaktflächen 20 verlaufen teilumfänglich und zwar über einen vergleichsweise großen Umfangsbereich, um eine vorteilhafte Eigenschaft bei der Zentrierung der Montageanordnung innerhalb einer Öffnung eines Bauteilträgers bzw. eines Bauteils, das zu montieren ist, zu erzielen.
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In 3 ist erkennbar, wie ein Träger 50 bzw. ein zu montierendes Bauteil 50 in Bezug auf die erfindungsgemäße Montageanordnung 10 gehalten wird. Der Träger 50 bzw. das Bauteil 50 wird an dem Widerlagerbereich 12a des Anlagebereichs 12 gehalten und liegt mit seinem flanschartigen Bereich 51 auf den Auflageflächen 16a auf. Die unteren Auflageflächen 16 des Dämpfungsabschnitts 17 liegen auf dem Kontaktring 30 auf, dessen Anlagefläche 31 der Montageumgebung 100 (siehe 5) zugewandt ist.
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In 4 ist erkennbar, dass der Kontaktring 30 über eine zylindrische Erstreckung bzw. rohrstutzenartige Erstreckung 32 in die zentrale Öffnung 22 der im Wesentlichen zylindrischen Montageanordnung 10 hineingesetzt ist. Über eine Kontaktlinie 70 stößt eine entsprechende Kontur der Montageanordnung 10 an die rohrstutzenartige Ausbildung 32 des Kontaktringes 30 an. Um eine Dämpfungseigenschaft der Anordnung 10 zu beeinflussen, kann auch ein Freiraum bei der Kontaktlinie 70 vorgesehen sein.
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So lässt sich eine axiale Federrate im Wesentlichen durch die Form des Dämpfungsabschnitts 17, einer wenigstens angenähert periodischen Funktion, einstellen, während eine radiale Federrate durch die Geometrie und Dicke des Kontaktringes 30 und dessen rohrstutzenartige Erstreckung 32 bereitgestellt werden kann.
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Die 5 zeigt eine Einbausituation beispielsweise in einem Fahrzeug. Eine Auflage des Kontaktringes 30 auf dem Fahrzeugrahmen ist erkennbar. Ein Träger 50, der ein Bauteil (nicht dargestellt) trägt, wird durch den Anlagebereich 12 einerseits und andererseits durch den Dämpfungsabschnitt 17 (siehe 4) gehalten. Ein Schraubbolzen 102 wird in einer Gewindeöffnung bzw. -bohrung 104 des Fahrzeugrahmens fixiert und klemmt dabei die Gesamtanordnung bestehend aus der erfindungsgemäßen Montageanordnung 10 und dem Kontaktring 30.
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Ein Diagramm gemäß 6 zeigt auch unter Bezugnahme auf die 4 und die 7 dass eine herkömmliche Montageanordnung, die dem Prinzip der Tellerfeder entspricht, einen vergleichsweise kleinen Arbeitsbereich zur Verfügung stellt, der entsprechend eine geringere Dämpfungseigenschaft bzw. Federrate zur Verfügung stellt. Gemäß 4 ist erkennbar, dass die erfindungsgemäße Montageanordnung dazu in der Lage ist, einen größeren Arbeitsbereich bereitzustellen, was durch die sich in einem Schnittpunkt 62 treffendem Geraden 60 symbolisch dargestellt wird.
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Der sich gemäß 4 ergebende größere Arbeitsbereich, der bei ansonsten gleichen Abmessungen erzielt werden kann, stellt eine größere axiale Federrate bereit, und damit verbesserte Dämpfungseigenschaften sowie verbesserte Alterungseigenschaften.
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In Bezug auf die erfindungsgemäße Montageanordnung ist noch festzuhalten, dass für die Auflageflächen, das heißt die Anschlagabschnitte 16, 16a, höhere Federraten durch größere Flächen erzielt werden können. Dabei ist auch das Gewicht eines Bauteils zu berücksichtigen, das zu montieren ist. Insofern das zu montierende Aggregat größer ist, ist auch die Amplitude des Dämpfungsabschnitts 17 zu vergrößern, um die Federrate zu erhöhen. Damit einher kann auch eine Vergrößerung der Auflagefläche im Bereich der Amplitude gehen.
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Die Auflageflächen können einstückig mit dem Dämpfungsabschnitt 17 ausgebildet werden, oder können auch aus einem differierenden Material angespritzt werden. Das heißt, ein polymeres Material, wie in der vorliegenden Offenbarung bereits bezeichnet, kann verwendet werden, um beide Bestandteile auszubilden. Jedoch können auch Elastomere, wie beispielsweise Silikon oder Naturkautschuk, zum Einsatz gelangen.
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Die
8a und
8b zeigen eine Ausführungsform eines Dämpfungsabschnitts 17 einer Montageanordnung 10 gemäß der Erfindung. Diese schematische Darstellung erfolgt unter Bezugnahme auf die folgende Formel:
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In dieser Formel bzw. Gleichung entspricht die Höhenamplitude H dem Konturverlauf des Dämpfungsabschnittes 17. G < 150 stellt das Gewicht des gesamten entkoppelten Systems in kg dar. N ≥ 3 ist die Anzahl der Lagerpositionen des Systems, d.h. insbesondere der Anzahl der Auflageflächen bzw. Anschlagabschnitte 16 bzw. 16a, z.B. drei oder mehr auf der Seite des bauteilseitigen Anschlagabschnittes 16a und drei oder mehr auf der Seite des umgebungsseitigen Anschlagabschnittes 16. Die Anzahl N kann an den zwei Anschlagabschnitten auch unterschiedlich ausfallen, wobei dann die angegebene Formel entsprechend anzupassen wäre. 30 ≤ S ≤ 70 ist die Durchschnittshärte aller Elastomere im Lagerungssystem in Sh(A). Zudem sind 0,2 ≤ a ≤ 0,3; b = 38,7 ± 1; 0,2 ≤ c ≤ 0,5 und 1,1 ≤ d ≤ 1,5 die Lager- und System-Parameter. Natürlich sind Abweichungen von den genannten Werten tolerierbar, wenn dadurch die gewünscht Dämpfungseigenschaft nicht zu stark verringert wird. Eine Finite-Elemente-Methode wurde zur Entwicklung eingesetzt.
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Aus den 8a, 8b ist erkennbar, dass der Dämpfungsabschnitt der Montageanordnung 10, der bevorzugt aus einem Elastomer gefertigt ist, eine luminale Wandstärke und eine innere Kontur C sowie eine äußere Kontur W aufweist. Periodische Funktionen können zur Beschreibung des Verlaufes der inneren Kontur C und der äußeren Kontur W des Dämpfungsabschnitts 17 anhand der Winkelposition θ unter Bezugnahme auf den Radius R und die Amplitude H verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Montageanordnung
- 12
- Anlagebereich
- 12a
- Widerlagerbereich
- 14
- untere umgebungsseitige Wellenform
- 15
- obere, bauteilseitige Wellenform
- 16
- Auflagefläche bzw. Anschlagabschnitt
- 16a
- Auflagefläche bzw. Anschlagabschnitt
- 17
- Dämpfungsabschnitt
- 17a
- eine Seite
- 17b
- andere Seite
- 20
- Zentrierungskontaktflächen
- 22
- zentrale Öffnung bzw. zylindrisch ausgebildete Hohlraum
- 26
- Zylinderbereich
- 28
- Verbindungseinrichtung bzw. Verrastung
- 30
- Kontaktring
- 32
- rohrstutzenartiger Fortsatz bzw. rohrstutzenartige Erstreckung bzw. rohrstutzenartige Ausbildung
- 50
- Bauteil bzw. Träger
- 51
- flanschartiger Bereich
- 60
- Geraden
- 62
- Schnittpunkt
- 70
- Kontaktlinie
- 102
- Schraubbolzen
- 104
- Gewindeöffnung bzw. -bohrung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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