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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Dämpfer/eine Buchse zur Dämpfung von Geräuschen und Vibrationen zwischen mechanischen Komponenten. Die Erfindung betrifft insbesondere eine Buchse zur Verwendung in Nutz- und/oder Schwerlastfahrzeugen wie Lastkraftwagen, Busse usw., bei denen eine Buchse typischerweise zum Beispiel für die Federung der Kabine des Fahrzeugs, einen Stabilisator im Fahrzeug o. Ä. verwendet werden kann. Die Erfindung ist so gestaltet, dass sie mehrere Funktionen in derselben Vorrichtung kombinieren kann, und kann selbstverständlich auch in anderen Arten von Fahrzeugen oder verschiedenen Maschinenanlagen verwendet werden, bei denen Geräusche und Vibrationen ein Problem darstellen und gedämpft werden müssen. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Fahrzeug, in dem eine Buchse/ein Dämpfer gemäß der vorhergehenden Beschreibung verwendet wird.
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Technischer Hintergrund
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Bei Schwerlast- und Nutzfahrzeugen treten häufig aufgrund von Geräuschen, Vibrationen und Stößen im Fahrzeug Komfortprobleme auf. Ein Grund für diese Probleme können durch den Motor erzeugte Vibrationen sein; ein anderer Grund kann sein, dass das Fahrzeug auf einem unebenen Untergrund fährt. Geräusche, Stöße, Schläge und Vibrationen können über die Räder und das Fahrgestell des Fahrzeugs auf die Kabine übertragen werden und Komfortprobleme für die Person bzw. die Personen, die in der Kabine sitzt bzw. sitzen, erzeugen. Mit dem Ziel der Dämpfung dieser Vibrationen und Stöße werden nach dem Stand der Technik seit langem verschiedene Arten von Buchsen im Fahrzeug eingesetzt, sogenannte Vibrationsdämpfer, die mit wenigstens einem elastischen Element ausgestattet sind, das die Übertragung von Vibrationen von Rädern und Fahrgestell auf die Kabine des Fahrzeugs dämpft oder verhindert.
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Eine Buchse mit einer geringen Steifigkeit hat im Gegenzug ein hohes Dämpfungsvermögen gegen Vibrationen, was erzielt werden soll. Der Nachteil besteht darin, dass Dämpfer mit geringer Steifigkeit nur eine begrenzte Last aushalten und weniger geeignet zum Dämpfen von beispielsweise starken Schlägen geeignet sind, die bei einem Schwerlastfahrzeug auftreten können. Wenn zusätzlich Lasten verschiedener Größe in verschiedenen Richtungen aufgenommen werden müssen und Dämpfer mit verschiedenen Steifigkeiten verwendet werden müssen, werden üblicherweise Dämpfer mit verschiedener Charakteristik im Fahrzeug kombiniert. Diese Dämpfer sind mit Gummielementen mit verschiedenen Steifigkeiten ausgestattet, die für verschiedene Lasten ausgelegt sind. Diese Dämpfer werden so montiert, dass verschiedene Steifigkeiten in verschiedenen Richtungen im Fahrzeug erzielt werden.
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Um Kostenvorteile bei der Montage zu erzielen und Platz im Fahrzeug zu sparen, ist es wünschenswert, einen einzigen Dämpfer bereitstellen und herstellen zu können, der mit verschiedenen Steifigkeitscharakteristiken in verschiedenen Richtungen gestaltet werden kann. Solch ein Dämpfer muss ebenfalls progressive Merkmale/Charakteristiken aufweisen, um unerwünschte Vibrationen, Bewegungen und Schläge so wirksam wie möglich verringern zu können, und muss eine möglichst kompakte Vorrichtung darstellen, um dadurch den Komfort in der Kabine des Fahrzeugs zu erhöhen. Es ist ebenfalls wünschenswert, eine Überlastbegrenzung oder Bewegungsbegrenzung in der gleichen Vorrichtung zu erzielen, die verhindert, dass übermäßig starke Schläge auf das Fahrgestell oder die Kabine übertragen werden, wodurch Schäden am Fahrzeug verursacht werden können oder der Komfort der Personen in diesem Fahrzeug beeinträchtigt werden kann. Solch eine Buchse/solch ein Dämpfer muss so nahe wie möglich an der Quelle der Vibrationen angeordnet werden; daher ist es wichtig, dass der Dämpfer kompakt und einfach in beengten Verhältnissen anzuordnen ist.
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Zum Lösen dieser Probleme wurden bereits verschiedene Ansätze unterbreitet. Ein Beispiel für einen Dämpfer mit verschiedener Steifigkeit in verschiedenen Richtungen ist etwa in der Patentschrift
EP 1888938 beschrieben. Die in dieser Schrift beschriebene Buchse ist für einen Stabilisator vorgesehen und die Steifigkeiten in axialer und radialer Richtung können unabhängig voneinander angepasst werden. Die Konstruktion besteht aus einem herkömmlichen Dämpfer, wobei das elastische Element als ein im Wesentlichen ringförmiger und rotationssymmetrischer Körper ausgebildet ist, aber die Buchse mit einem Anschlagelement zum seitlichen Begrenzen der Federbewegung ausgestattet ist.
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In der Patentschrift
US 6398200 ist ein Vibrationsdämpfer beschrieben, bei dem ein axialer Anschlag mit Hilfe eines auf einen manschettenförmigen Metallteil vulkanisierten Gummiteils, das über den Rand der äußeren Hülse der Buchse hinausragt, ausgeformt ist. Der Anschlag ist in axialer Richtung der Buchse angeordnet und wirksam.
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Die Konstruktion ist relativ groß und die Anordnung im Fahrzeug erfordert ebenfalls ein Teil, d. h. eine Anschlagfläche, im Fahrzeug, mit dem der Anschlag in Wechselwirkung treten kann. Dieser Buchse fehlt eine Anschlagfunktion in Querrichtung der Buchse und ferner kann keine geringe primäre Steifigkeit bei dieser Lösung erzielt werden, da das elastische Element im Wesentlichen eingeschlossen ist. Die Lösung bietet keine Möglichkeit zum Wählen von Steifigkeitscharakteristiken, und die Konstruktion kann Lasten nur im begrenzten Umfang aufnehmen, da die Größe des Anschlags begrenzt ist.
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Es besteht daher der Bedarf an einer neuen und verbesserten Lösung, bei der nur eine Buchse/ein Dämpfer das zuvor beschriebene Problem löst. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass die Konstruktion einfach und kostengünstig herzustellen und zu montieren ist, während es gleichzeitig die Nachteile des Standes der Technik beseitigt. Es ist ebenfalls wünschenswert, dass die Konstruktion gemäß der Erfindung kompakt ist und möglichst wenig Platz im Fahrzeug beansprucht, aber dennoch wirksam funktioniert.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist das Lösen des zuvor beschriebenen Problems und das Bereitstellen eines Dämpfers/einer Buchse, durch den/die die Notwendigkeit der Verwendung mehrerer verschiedener Komponenten zur Dämpfung von Vibrationen beseitigt wird, und das Erzielen einer hohen Vibrationsdämpfung, aber ebenfalls einer hohen Belastbarkeit in einer einzigen integrierten Vorrichtung, was mit einer Endanschlagsperre in Form eines Überlastschutzes erreicht wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Dämpfers/einer Buchse, der/die ebenfalls kompakt und somit einfach in der Nähe der Fahrzeugkomponente, die vibriert, d. h. der Quelle der Vibration, angeordnet werden kann.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Dämpfers, der mit einem Überlastschutz ausgestattet ist, der in zwei Richtungen, d. h. in entgegengesetzte Richtungen, wirkt.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Bereitstellen eines Dämpfers mit verschiedenen Steifigkeitscharakteristiken in den verschiedenen Richtungen des Dämpfers, d. h. in Längsrichtung und senkrecht.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es zu ermöglichen, das Herstellen und Vulkanisieren der erforderlichen elastischen Elemente in der Buchse in einem einzigen Herstellschritt durchzuführen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist das Ausformen von Ausschnitten oder Aussparungen im Gummikörper, die das Einpressen des Dämpfers/der Buchse mit einem Werkzeug ermöglichen und vereinfachen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, der Konstruktion ein Verteilen der Gesamtlast auf den Dämpfer auf optimale Weise zwischen einem Überlastelement und einem Dämpferelement so zu ermöglichen, dass der Großteil der Last und die stärksten Vibrationen vom Überlastelement aufgenommen werden und die geringeren Vibrationen vom Dämpfungselement aufgenommen werden, wodurch die Belastung, die Dehnung oder die Verformung in der Verbindung der Buchse, d. h. der Befestigung an der Kabine, verringert wird.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es zu ermöglichen, das Dämpferelement mit verschiedenen Dicken an verschiedenen Stellen auszuformen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Einbau der Konstruktion in einem bereits hergestellten Fahrzeug zu erleichtern, ohne umfangreiche Änderungen an anderen Komponenten des Fahrzeugs vornehmen zu müssen.
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Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, dass der Dämpfer/die Buchse einfach in der Konstruktion ist und aus möglichst wenigen funktionalen Teilen besteht und somit kostengünstig in der Herstellung, Montage und Wartung ist.
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Diese und weitere Aufgaben und Vorteile werden gemäß der Erfindung mit einem Dämpfer/einer Buchse gemäß diesen Merkmalen erreicht, die im kennzeichnenden Teil von Patentanspruch 1 dargelegt sind.
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Die Erfindung betrifft somit allgemein eine Vorrichtung für die Dämpfung von Vibrationen und betrifft insbesondere eine Konstruktion zum Minimieren/Verringern von Vibrationen, die in einem Fahrzeug während des Gebrauchs auftreten.
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Die Erfindung wird durch Ausformung eines Dämpfers/einer Buchse mit verschiedenen elastischen Elementen, d. h. einem Dämpferelement und einem Überlastelement, einem sogenannten Anschlag, erzielt. Beide Elemente können vorteilhafterweise aus einem Gummimaterial hergestellt werden. Das Dämpferelement ist im Wesentlichen ringförmig, ist aber in der radialen Ebene gerade von der Seite aus gesehen auch asymmetrisch und kann mit verschiedenen Dicken an verschiedenen Stellen ausgeformt werden. Auf diese Weise kann dem Dämpfer eine unterschiedliche Steifigkeit und Belastbarkeit in verschiedenen radialen oder axialen Richtungen gegeben werden. Der Dämpfer/die Buchse ist ebenfalls als eine integrierte Vorrichtung ausgeformt und weist wenigstens zwei Funktionen auf, durch die eine Verteilung der Gesamtlast erfolgt.
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Die Gesamtlast wird zwischen dem Überlastelement und dem Dämpferelement verteilt und ein wesentlicher Teil der Überlast wird vom Überlastelement in der begrenzenden Fläche zwischen einem inneren und einem äußeren Anschlagteil aufgenommen.
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Durch nicht rotationssymmetrische Gestaltung des elastischen Körpers können verschiedene Steifigkeiten in den verschiedenen Richtungen des Dämpfers/der Buchse erzielt werden. Dies wird beispielsweise durch Dickenänderungen an verschiedenen Stellen entlang dem ringförmigen elastischen Körper oder im Metallteil selbst erzielt. Da dieser Dämpfer/diese Buchse mit verschiedenen Dicken an verschiedenen Stellen ausgeformt ist, kann die Steifigkeit einfach an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden. Das Ergebnis ist, dass beispielsweise die Längssteifigkeit in Bezug zur senkrechten Steifigkeit erhöht werden kann.
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Durch die Konstruktion gemäß der Erfindung werden die Nachteile des Standes der Technik beseitigt und es wird ein wirksamerer, funktionaler und wartungsfreier Dämpfer bereitgestellt.
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Auch der Vulkanisierungsprozess wird vereinfacht, da dieses elastische Element eine mäßige/begrenzte Dehnung in der axialen Richtung des Dämpfers aufweist.
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Der Dämpfer gemäß der Erfindung kann ebenfalls an bereits hergestellten Fahrzeugen montiert werden, beispielsweise wenn Wartungsmaßnahmen erforderlich sind, indem alte Gummibuchsen durch Buchsen gemäß der Erfindung ersetzt werden.
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Die Lösung gemäß der Erfindung sorgt durch deren einfache Konstruktion für eine wirksamere Dämpfung von Vibrationen und eine bessere Belastbarkeit, was wiederum zu einem geringeren Verschleiß des Fahrzeugs und dessen Komponenten beiträgt und den Wartungsbedarf verringert, während Komfortprobleme in Form von Vibrationen und Geräuschen im Fahrzeug und in dessen Kabine verringert werden. In der vorliegenden Erfindung wird ein Anschlag an beiden Seiten verwendet, von denen jeweils einer wirksam ist. Elastische Elemente in Form von Gummi sind somit an beiden Seiten der Mittelwelle der Buchse angeordnet.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind in der folgenden ausführlicheren Beschreibung der Erfindung und den beigefügten Zeichnungen sowie anderen Patentansprüchen dargelegt.
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Kurze Liste der Zeichnungen
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Die Erfindung wird ausführlicher in mehreren bevorzugten Ausführungsbeispielen mit Bezug zu den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt von der Seite und ohne verdeckende Blechdetails einen in einem Fahrzeug zwischen dem Fahrgestell und dem Kabinengehäuse montierten Stabilisatorschenkel, wobei ein Dämpfer/eine Buchse gemäß der Erfindung zu sehen ist. (Die Fahrrichtung des Fahrzeugs ist durch einen Pfeil markiert.)
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2 zeigt einen Plan eines Dämpfers/einer Buchse gemäß der Erfindung, wobei beispielsweise die innere und äußere Hülse der Buchse sowie die Konstruktion und Ausformung des Gummikörpers dargestellt sind.
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3 zeigt die in 2 dargestellte Buchse gemäß der Erfindung, aber in einem axialen/senkrechten Schnitt.
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4 zeigt die in 2 dargestellte Buchse gemäß der Erfindung, aber in einem axialen/waagrechten Schnitt.
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5 zeigt die äußere Hülse der Buchse gemäß der Erfindung ohne elastisches Element und dessen Aufbau aus zwei Teilen.
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6 zeigt die äußere Hülse der Buchse im Verbundaufbau.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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1 zeigt eine in einem Schenkel 2 eines Stabilisators (nicht dargestellt) montierte Buchse/einen Dämpfer 1 gemäß der Erfindung, wobei der Schenkel 2 an einem Ende (rechts in der Figur) in einem Kabinengehäuse 3 in einem Fahrzeug über eine Buchse 1 gemäß der Erfindung befestigt ist. Das zweite Ende des Schenkels 2 (links in der Figur) ist im Fahrgestell 4 des Fahrzeugs montiert, das hier nur schematisch dargestellt ist. Diese Befestigung kann aus einem Lager bestehen, um beispielsweise ein Schwenken der Kabine des Fahrzeugs zu ermöglichen. Die statischen und dynamischen Lasten auf die Buchse 1 sind in der jeweiligen Anordnung asymmetrisch und unterscheiden sich in der senkrechten Richtung der Buchse 1 im Vergleich zur waagrechten Richtung. Die vertikale Last wirkt auf die Buchse in Kombination mit dieser Seitenlast ein.
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Zum wirksamen Dämpfen der Vibrationen des Fahrzeugs und der Kabine ist es wünschenswert, dass die Steifigkeit in der Buchse 1 allgemein so gering wie möglich ist, aber die Buchse 1 gleichzeitig die notwendigen Lasten senkrecht aufnehmen kann. Die Steifigkeit wird natürlich durch die Charakteristik des elastischen Materials in der Buchse 1 beeinflusst, aber auch durch die Ausformung des elastischen Elements 5 in der Buchse 1. Das elastische Element 5, das üblicherweise aus einem zwischen einer inneren und äußeren Metallhülse 6, 7 der Buchse 1 vulkanisierten Gummigemisch besteht, kann so ausgeformt sein, dass es in einer der Arbeitsrichtungen der Buchse 1, beispielsweise in deren senkrechter Richtung, massiv ist, und kann ohne einen Teil des Materials in einer anderen der Arbeitsrichtungen der Buchse 1, beispielsweise in deren waagrechten Richtung, ausgeformt sein. Somit kann die Vibrationsdämpfcharakteristik der Buchse 1 an die jeweiligen Bedürfnisse/Anforderungen in einem bestimmten Ausführungsbeispiel angepasst werden.
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2 zeigt einen Plan der Buchse 1 gemäß der Erfindung von der Seite, wobei beispielsweise die innere und äußere Hülse (6, 7) der Buchsen sowie die Ausformung des elastischen Körpers 5 der Buchse 1 dargestellt sind. Das elastische Element 5 besteht hier aus einem Gummigemisch, das auf die innere und äußere Hülse 6, 7 vulkanisiert ist. Das elastische Element 5 ist asymmetrisch ausgeformt, um verschiedene Steifigkeiten in den verschiedenen Arbeitsrichtungen der Buchse 5 zu erzielen. Beispielsweise kann die Buchse 1 senkrecht große Lasten aufnehmen, da das elastische Element 5 hier im Wesentlichen massiv ist und sich von der inneren zur äußeren Hülse 6, 7 erstreckt, während die waagrechte Steifigkeit in der Buchse 1 wesentlich geringer ist, da das elastische Element hier nicht massiv ist, sondern mit Löchern ausgeformt ist und somit teilweise Material fehlt. Kleinere Vibrationen in der seitlichen Richtung der Buchse 1 werden somit wesentlich wirksamer gedämpft, da die Buchse 1 ein Bewegen der inneren Hülse 6 ermöglicht, das waagrecht freier ist als senkrecht. Bei stärkeren waagrechten Schwingbewegungen werden die zwischen der inneren und der äußeren Hülse 6, 7 angeordneten radialen Anschläge 8a, b betätigt.
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Die radialen Anschläge 8a, b bestehen vor allem aus der Verdickung in der inneren und äußeren Hülse, die zu einem mechanischen Kontakt zwischen einem inneren und einem äußeren radialen Anschlagteil 8a, b bei starken Schwingbewegungen oder Lasten in der horizontalen Arbeitsrichtung der Buchse 1 führt. Die radialen Anschläge 8a, b können dadurch erzielt werden, dass das elastische Element 5 an der Innenseite der äußeren Hülse 7 und/oder an der Außenseite der inneren Hülse 6 dicker gestaltet wird. Alternativ kann das Material der Hülse 7 selbst, d. h. das Metall, mit einem dickeren Querschnitt an der Stelle gestaltet werden, an der diese radialen Anschläge 8a, b angeordnet sind.
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Die Figur zeigt ebenfalls, wie vier Aussparungen 9a–d im elastischen Element 5 angeordnet sind, die einen Metallkontakt zwischen der äußeren Hülse 7 der Buchse und einem Werkzeug (nicht dargestellt) ermöglichen, was die Montage der Buchse 1 beim Einpressen in dessen Gehäuse/Halterung erleichtert.
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Das elastische Element 5 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit Einlagen aus zwei bogenförmigen und im Wesentlichen waagrecht angeordneten Metallaussteifungen 10a, b ausgeformt, deren Hauptfunktion darin besteht, zu einem günstigen Verhältnis zwischen der hohen radialen Steifigkeit über die Platten und die geringe Verformung in der Form von Scheren entlang der Oberfläche der Platten beizutragen, was sich u. a. günstig auf die Lebensdauer der Buchse 1 auswirkt.
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3 zeigt die Buchse 1 gemäß der Erfindung gemäß 2, aber in einem axialsenkrechten Schnitt A-A. Zwischen der inneren und der äußeren Hülse 6, 7 ist das elastische Element 5 angeordnet, dessen radial-senkrechte Ausdehnung hier im Wesentlichen massiv ist, mit Ausnahme der auf das Element 5 vulkanisierten Metallaussteifungen 10a, b. Bei dieser Ausformung kann die Buchse 1 große Lasten senkrecht aufnehmen, während sie waagrecht eine geringe Steifigkeit aufweist.
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Wenigstens ein äußerer Überlastschutz oder Seitenanschlag 11 ist in der Buchse 1 und im elastischen Element 5 integriert und an der bzw. gegen die Randfläche der äußeren Hülse 7 angeordnet.
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Dieser Seitenanschlag 11 ist im Wesentlichen rotationssymmetrisch und ragt über die Randfläche der äußeren Hülse 7 hinaus und schränkt die Beweglichkeit der äußeren Hülse 7 in der axialen Richtung der Buchse 1 ein, da der Seitenanschlag 11 so angeordnet ist, dass er bei starken Bewegungen mechanisch in Kontakt mit der umgebenden Struktur der Buchse 1, beispielsweise gegen das Blech des Kabinengehäuses 3 (in der Figur gestrichelt dargestellt), kommt.
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Die Seitenanschläge 11a, b sind vorzugsweise an beiden Seiten der Buchse 1 angeordnet und sind dazu vorgesehen, axial in beiden axialen Arbeitsrichtungen der Buchse 1 wirksam zu sein. Diese Konstruktion ermöglicht eine Gewichtsoptimierung der umgebenden Struktur im Fahrzeug.
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Ferner sind die Buchsen 1 vorzugsweise paarweise in der Kabine montiert, eine rechts und eine links, wobei durch diese Anordnung die Reaktionskräfte von Kabinenbewegungen auf die Buchsen 1 verteilt werden.
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4 zeigt die in 2 dargestellte Buchse 1 gemäß der Erfindung, aber in einem axialen/waagrechten Schnitt. Dies zeigt, dass dem elastischen Element 5 teilweise Material zwischen der inneren und äußeren Hülse 6, 7 fehlt und dass die äußere Hülse 7 einen verdickten Querschnitt des Materials zur Ausformung des radialen Anschlags 8a aufweist. Das elastische Element 5 ist ebenfalls an der Außenseite der inneren Hülse 6 verdickt und bildet somit einen Teil des radialen Anschlags 8b. Ferner ist die Anordnung der Seitenanschläge 11a, b an den Randflächen der äußeren Hülse 7 dargestellt.
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5 zeigt die äußere Hülse 7 der Buchse 1 gemäß der Erfindung ohne das elastische Element 5, aber mit einer Verdickung des Materials, das einen Teil des radialen Anschlags 8a bildet. Sie zeigt ebenfalls, wie die äußere Hülse 7 in Form von zwei separaten Teilen 7a, b ausgeformt sein kann, die anschließend zusammengefügt werden. Dies vereinfacht die Herstellung des radialen Anschlags 8a.
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6 zeigt, wie die äußeren Hülsenteile 7a, b der Buchse 1 zusammengefügt wurden, um eine äußere Hülse 7 zu bilden, und wie die innere Hülse 6 der Buchse 1 in Bezug zur äußeren Hülse 7 angeordnet ist.
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Die vorhergehende Beschreibung dient vor allem zum leichteren Verständnis der Erfindung. Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern es sind auch andere Varianten der Erfindung möglich und innerhalb des Rahmens der erfinderischen Idee und des Schutzumfangs der folgenden Patentansprüche denkbar.
