DE19524948A1 - Schwingungstilger - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungstilger, insbesondere für eine Kfz-Abgasanlage.

Das Prinzip eines Schwingungstilgers beruht bekanntlich darauf, daß mit einem ersten Schwingungssystem (dem zu bedämpfenden System) ein zweites Schwingungssystem (Schwingungstilger) gekoppelt wird, wobei das zweite Schwingungssystem derart abge­ stimmt wird, daß es in Gegenphase zur Erregung, d. h. zum ersten Schwingungssystem schwingt. Bei optimaler Abstimmung soll so erreicht werden, daß das erste Schwingungs­ system zumindest weitgehend in Ruhe verharrt.

Derartige Schwingungstilger gibt es in der Technik in den unterschiedlichsten Ausführun­ gen, wobei diese u. a. auch vom jeweiligen Einsatzort und von der Art des jeweils zu be­ dämpfenden Schwingungssystems abhängen, z. B. davon, ob dieses im wesentlichen translatorische oder aber rotatorische Schwingungsbewegungen ausführt.

Allen Schwingungstilgern gemeinsam ist jedoch, daß jeweils eine je nach Bedarf mehr oder weniger große träge Masse, die Tilgermasse, unter Zwischenschaltung mindestens einer Federvorrichtung mechanisch mit dem zu bedämpfenden schwingungsfähigen Objekt ge­ koppelt wird, wobei der federnd gelagerten Tilgermasse i. a. ein Dämpfungsglied zugeord­ net ist.

Bei einem zur Bedämpfung von Radschwingungen eines Kraftfahrzeugs eingesetzten be­ kannten Schwingungstilger (DE 10 18 731 C2, Fig. 4), dort als dynamischer Schwingungs­ dämpfer bezeichnet, ist eine Tilgermasse gleitbeweglich auf einem als Hohlrohr ausgebilde­ ten Zylinderbolzen gelagert und in beiden Schwingungsbewegungsrichtungen durch beid­ seitig an ihr angreifende erste und zweite Federvorrichtungen in Form von Schraubenfe­ dern abgefedert. Die auf dem Zylinderbolzen gelagerte Tilgermasse mit den an ihr angrei­ fenden Federvorrichtungen ist dabei in einem nach außen abgeschlossenen fluidgefüllten Zylindergehäuse untergebracht, welches seinerseits mechanisch am Radträger des zu be­ dämpfenden Fahrzeugrads befestigbar ist. Der fluidgefüllte zylindrische Innenraum des Zy­ lindergehäuses wird durch die Tilgermasse in zwei voneinander getrennte Kammern unter­ teilt, welche lediglich durch jeweils in den beiden Kammern mündende Drosselbohrungen des rohrförmigen Zylinderbolzens miteinander in Verbindung stehen, wodurch Schwingbe­ wegungen der Tilgermasse je nach Bemessung dieser Drosselbohrungen mehr oder weni­ ger stark gedämpft werden.

Ein anderer bekannter Schwingungstilger zur Bedämpfung der Radschwingungen eines Kraftfahrzeugrades (DE 40 04 333 A1) ist in die Radfelge des zu bedämpfenden Rades eingebaut. Er enthält als Federvorrichtung eine etwa horizontal ausgerichtete Biegefeder in Form einer Blattfeder oder mehrerer aufeinander geschichteter Blattfedern, die in ihrem mittleren Federbereich auf dem Achsschenkel gelagert ist und an deren freien Enden - un­ ter Herstellung einer Reibverbindung - eine entsprechend weit ausladende Tilgermasse aufgehängt ist.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger zu schaffen, der sich nicht nur durch einen fertigungstechnisch einfachen Aufbau, sondern auch durch eine vergleichsweise wenig Bauraum benötigende und an die jeweiligen räumli­ chen Bedingungen leicht anpaßbare kompakte Bauweise auszeichnet und der ohne Beein­ trächtigung seiner Tilgerfunktion auch in einem Umfeld mit höheren Temperaturen einsetz­ bar ist, beispielsweise zur Bedämpfung von betriebsmäßig sehr heiß werdenden Abgasan­ lagen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Anhand einiger Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. In der Zeichnung zeigen in zum Teil prinzipienhafter und teilgeschnittener Darstellung

Fig. 1a, 1b eine Seitenansicht sowie eine Draufsicht eines Schwingungstil­ gers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2a, 2b entsprechende Ansichten eines zweiten Ausführungsbeispiels gemäß der Erfindung,

Fig. 3a, 3b entsprechende Ansichten eines dritten Ausführungsbeispiels ge­ mäß der Erfindung und

Fig. 4a, 4b eine entsprechende Seitenansicht sowie eine Schnittdarstellung entlang der Schnittführung IVb eines Schwingungstilgers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Beim erfindungsgemäßen Schwingungstilger 1 sind keine separaten Dämpfungsglieder vorgesehen.

Die Tilgermasse 3 ist ihrerseits gleitbeweglich auf einem mit dem schwingungszubedämp­ fenden Bauteil, z. B. einer Abgasanlage bzw. -leitung 11, mechanisch verbindbaren Zylin­ derbolzen 2 gelagert und durch beidseitig an ihr angreifende erste und zweite Federvor­ richtungen 4, 5 abgefedert, wobei die Federvorrichtungen 4, 5 als vorgespannte reibungs­ behaftete Federvorrichtungen ausgebildet sind.

Die Befestigung des Zylinderbolzens 2 am schwingungszubedämpfenden Bauteil, das lediglich in Fig. 2a in Form einer Abgasleitung 11 einer Abgasanlage dargestellt ist, in den übrigen Figuren dagegen nicht weiter gezeigt ist, kann in jeder geeigneten Weise erfolgen, z. B. unmittelbar mit Hilfe eines an ihm befestigten Schraubbolzens, wie in Fig. 2a angedeu­ tet mit Hilfe einer mit ihm verbundenen Spannplatten-Anordnung 12 oder z. B. - wie in den Fig. 3a und 4a angedeutet - mit Hilfe einer an ihm befestigten Rohrschelle 12′. Wesent­ lich ist lediglich, daß der Zylinderbolzen 2 derart befestigt wird, daß seine Längsachse zumindest annähernd in Richtung der Hauptschwingungsrichtung des zu bedämpfenden Bauteils 11 verläuft.

Als vorgespannte reibungsbehaftete Federvorrichtungen 4, 5 sind entweder wie in den Fig. 1a und 1b auf dem Zylinderbolzen 2 gelagerte Blattfedern bzw. Blattfederpakete 4b, 5b oder aber wie in den Ausführungsbeispielen der übrigen Figuren auf dem Zylinder­ bolzen 2 gelagerte Federpakete aus aufeinandergeschichteten Tellerfedern 4a, 5a vorge­ sehen.

Die vorgespannten Blattfedern bzw. Blattfederpakete 4b, 5b sind jeweils in ihrem mittleren Bereich auf dem Zylinderbolzen 2 gelagert und axial abgestützt. Ihre beiden freien Feder­ enden 4c, 5c stützen sich mit Vorspannung reibend an der Tilgermasse 3 ab.

Wenn die Tilgermasse 3 infolge entsprechender Anregungen auf dem Zylinderbolzen 2 in Z-Richtung hin- und herschwingt, dann werden die Federenden 4c, 5c je nach Größe der Schwingungsamplituden mehr oder weniger weit auf der Tilgermasse 3 verschoben, wobei die dabei auftretenden, als Dämpfungskräfte wirksamen Reibkräfte sowohl von dem zwi­ schen den Federenden 4c, 5c und der Tilgermasse 3 wirksamen Reibwerts µ als auch von der Größe der dort jeweils wirksamen Normalkräfte abhängen. Wenn wie im Ausführungs­ beispiel gemäß den Fig. 1a, 1b Blattfederpakete mit mehreren aufeinandergeschichte­ ten Blattfedern verwendet werden, dann tragen auch die zwischen den einzelnen Blattfe­ dern wirksamen Reibungskräfte zur Dämpfung des Schwingungstilgers 1 bei.

Im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1a, 1b ist ein sehr schmal bauender Schwin­ gungstilger 1 dargestellt, der es in vorteilhafter Weise möglich macht, ihn auch in sehr schmalen Bauräumen unterzubringen.

Um sicherzustellen, daß dieser schmalbauende Schwingungstilger 1 innerhalb des zur Verfügung stehenden schmalen Bauraums seine ursprünglich vorgesehene Richtung bei­ behält, ist die Tilgermasse 3 auf ihren vom Zylinderbolzen 2 durchdrungenen Stirnflächen jeweils mit einer Führungsnut 8 versehen, in welche die Blattfedern 4b, 5b jeweils mit ihren freien Federenden 4c, 5c reibschlüssig eingreifen. Gleichzeitig ist zumindest eine der bei­ den Blattfederanordnungen 4, 5 - im dargestellten Ausführungsbeispiel die obere Blattfeder 4 - verdrehfest auf dem Zylinderbolzen 2 gelagert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Zylinderbolzen 2 hierzu im die betreffende Blattfeder 4 lagernden Schaftbereich einen unrunden Querschnitt auf und die betreffende Blattfeder besitzt in ihrem mittleren Fe­ derbereich in entsprechender Weise eine damit korrespondierende unrunde Bolzenauf­ nahme. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dieser Schaftbereich als Vierkant ausge­ bildet und mit 2a beziffert.

In den Ausführungsbeispielen der Fig. 2a, 2b bis 4a, 4b sind als vorgespannte rei­ bungsbehaftete Federvorrichtungen 4, 5 jeweils Federpakete aus aufeinandergeschichteten Tellerfedern 4a, 5a vorgesehen, die auf dem Zylinderbolzen 2 gelagert und axial jeweils einerseits an der Tilgermasse 3 und andererseits am Zylinderbolzen 2 abgestützt sind. Die axiale Abstützung am Zylinderbolzen 2 erfolgt hierbei - ganz ähnlich wie im zuvor erläuter­ ten Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 1a, 1b - in der einen Richtung an einem festen Bolzenabsatz 2b und in der anderen Richtung an einer auf dem Zylinderbolzenende gela­ gerten Unterlegscheibe 14, die axial entweder wie in Fig. 1a durch eine vorzugsweise selbstsichernde Mutter oder aber wie in den übrigen Figuren durch einen Sicherungsring fixiert ist.

Die auf dem Zylinderbolzen 2 gelagerten beiden Federpakete aus aufeinandergeschichte­ ten Tellerfedern 4a, 5a sind in den dargestellten Ausführungsbeispielen in vorteilhafter Weise innerhalb einer vom Zylinderbolzen 2 durchgriffenen zentrischen Durchgangsboh­ rung 6 der Tilgermasse 3 untergebracht. Diese Durchgangsbohrung 6 weist nämlich jeweils einen stirnseitigen sacklochartigen ersten Bohrungsbereich 6a größeren Durchmessers eben zur Aufnahme dieser Federpakete sowie einen mittleren zweiten Bohrungsbereich 6b geringeren Durchmessers auf.

Durch diese Anordnung ergibt sich in vorteilhafter Weise zum einen eine in Z-Richtung besonders kompakte Bauweise des Schwingungstilgers 1. Zum anderen wird dadurch wirkungsvoll erleichtert, die Tilgermasse 3 derart auf dem Zylinderbolzen 2 zu lagern, daß sie bei entsprechenden Anregungen betrieblich nicht nur translatorische Schwingbewegun­ gen in Z-Richtung ausführen kann, sondern auch gewisse Taumelbewegungen um ihren fiktiven Schwerpunkt, der in den Figuren rein beispielhaft mit A angedeutet ist. Vorausset­ zung für solche Taumelbewegungen ist, daß der Durchmesser des mittleren zweiten Boh­ rungsbereichs 6b um ein solche taumelnden Bewegungen der Tilgermasse 3 ermöglichen­ des geringes Maß größer ist als der Durchmesser des Zylinderbolzens 2.

Es hat sich gezeigt, daß mit dem erfindungsgemäßen Schwingungstilger durch das Ermög­ lichen solcher gedämpfter Taumelschwingungen der Tilgermasse in vorteilhafter Weise sehr wirkungsvoll ein wesentlich breiterer Frequenzbereich gedämpft wird als sonst all­ gemein üblich.

Dadurch, daß die die Tilgermasse 3 abfedernden Federpakete aus Tellerfedern 4a, 5a quasi in die Tilgermasse 3 hineinverlegt sind, ergibt sich infolge des nunmehr nur ver­ gleichsweise geringen Axialabstandes zwischen den beiden an der Tilgermasse 3 anlie­ genden Federpaketenden für die Taumelbewegungen der Tilgermasse 3 eine wesentlich kleinere Abstützbasis als wenn die Federpakete an den äußeren Stirnflächen der Tilger­ masse angreifen würden.

Die Schwingbewegungen der Tilgermasse 3 sind in dem Maße gedämpft, wie Reibungsar­ beit einerseits zwischen den einzelnen Tellerfedern 4a, 5a der beiden Federpakete und an­ dererseits zwischen den Tellerfederenden und dem Führungsbolzen auftritt. Da beim erfin­ dungsgemäßen Schwingungstilger die Summe der wirksamen Normalkräfte (Anpreßkräfte der Federvorrichtungen 4, 5) konstant ist, ist auch das Reibmoment und damit das Dämp­ fungsmoment des Schwingungstilgers zumindest annähernd konstant. Die Dämpfungswir­ kung bei Taumelbewegungen der Tilgermasse ist im übrigen solange gegeben, wie das Trägheitsmoment der Tilgermasse 3 das wirksame Reibmoment überwindet. Es ist leicht er­ kennbar, daß durch entsprechende Wahl von Form und Massenverteilung der Tilgermasse Einfluß auf das Massenträgheitsmoment der Tilgermasse genommen werden kann und damit auf das Dämpfungsverhalten bei Taumelbewegungen.

Im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 2a, 2b ist der mittlere zweite Bohrungsbereich 6b der Durchgangsbohrung 6 jeweils mit einer stirnseitigen Abrundung bzw. Bohrungsfase 6c versehen und die Federpakete sind derart angeordnet, daß die beiden tilgermassensei­ tigen Tellerfedern 4a bzw. 5a sich jeweils nicht wie in den Fig. 3 und 4 mit ihrem äuße­ ren Tellerrand an der Tilgermasse abstützen, sondern mit ihrem innenliegenden Bodenbe­ reich an den stirnseitigen Bohrungsfasen 6c. Durch diese Ausbildung wird in vorteilhafter Weise eine dauerhafte Selbstzentrierung der Tilgermasse 3 erreicht.

Wenn beim erfindungsgemäßen Schwingungstilger mit Federpaketen aus aufeinanderge­ schichteten Tellerfedern eine schmalbauende Bauweise gewünscht wird, die im eingebau­ ten Zustand ihre räumliche Ausrichtung betrieblich mit Sicherheit beibehält, dann kann auch bei dieser Version in einfacher Weise mit Hilfe einer in ihrem Mittelbereich verdrehfest auf dem Zylinderbolzen 2 gelagerten und mit ihren freien Enden 7a in stirnseitige Führungsnu­ ten 8 der Tilgermasse 3 greifenden Blattfederanordnung 7 eine solche Verdrehsicherung hergestellt und gewährleistet werden, wie dies in Fig. 3a, 3b dargestellt ist. Wenn erforder­ lich, dann kann abweichend von dieser Darstellung natürlich auch auf beiden Seiten der Tilgermasse 3 eine solche verdrehfeste zweite Blattfederanordnung 7 vorgesehen werden.

Es versteht sich hierbei, daß auch die zusätzlich vorgesehenen Blattfederanordnungen 7 zur Abfederung der Tilgermasse 3 beitragen und natürlich auch die zwischen ihren freien Federenden 7a und der Tilgermasse 3 auftretenden Reibungskräfte einen Beitrag zur Dämpfung der Tilgerschwingungen leisten.

Von Vorteil ist es, wenn die die Federpakete aufnehmenden stirnseitigen ersten Bohrungs­ bereiche 6a der Durchgangsbohrung 6 durch geeignete Dichtungen 9, 10 nach außen abgedichtet sind, um die beiden Federvorrichtungen 4, 5 vor Verschmutzung zu schützen. Die vom Zylinderbolzen 2 durchgriffene erste Dichtung 9 wird dabei vorzugsweise aus einem elastomeren Werkstoff gefertigt, weil sie letztlich die verschiedenen Relativbewe­ gungen zwischen Tilgermasse 3 und Zylinderbolzen 2 überbrücken muß.

Während im Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 3a, 3b zur Verdrehsicherung der schmal gebauten Tilgermasse 3 auf dem Zylinderbolzen 2 eine zusätzliche zweite Blattfe­ deranordnung 7 vorgesehen ist, wird bei dem in den Fig. 4a, 4b dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel eine solche Verdrehsicherung unmittelbar mit Hilfe der aus einem elastomeren Werkstoff gefertigten ersten Dichtung 9 verwirklicht. Die in ihrer nicht weiter dargestellten Draufsicht vorzugsweise etwa quadratische oder rechteckige Dichtung 9 liegt einerseits mit zwei ihrer einander gegenüberliegenden Seiten bündig und damit verdrehfest an entsprechenden Flächen der Tilgermasse 3 an, wie dies Fig. 4a erkennen läßt, und an­ dererseits werden die beiden anderen einander gegenüberliegenden Seiten der Dichtung von nach unten abgewinkelten Führungslappen 13 der am Zylinderbolzen 2 befestigten Rohrschelle o. ä. 12′ formschlüssig und damit ebenfalls verdrehfest umgriffen.

Bezugszeichenliste

1 Schwingungstilger
2 Zylinderbolzen
2a Vierkantbereich des Zylinderbolzens
2b Bolzenabsatz
3 Tilgermasse
4 erste Federvorrichtung
4a Tellerfeder der ersten Federvorrichtung
4b Blattfeder der ersten Federvorrichtung
4c freies Ende der Blattfeder
5 zweite Federvorrichtung
5a Tellerfeder der zweiten Federvorrichtung
5b Blattfeder der zweiten Federvorrichtung
5c freies Ende der Blattfeder
6 zentrische Bohrung der Tilgermasse
6a stirnseitige erste Bohrungsbereiche
6b mittlerer zweiter Bohrungsbereich
6c Bohrungsfase
7 zweite Blattfederanordnung
7a freie Federenden der zweiten Blattfederanordnung
8 Führungsnut
9 erste Dichtung
10 zweite Dichtung
11 schwingungszubedämpfendes Bauelement, z. B. Abgasanlage
12, 12′ mit dem Zylinderbolzen verbundenes Bauteil, z. B. Rohrschelle, Spannplatte oder Schraubbolzen
13 Führungslappen
14 Unterlegscheibe
A Taumelmittelpunkt

Claims (11)

1. Schwingungstilger (1), insbesondere für eine Kfz-Abgasanlage (11), gekennzeichnet durch eine Tilgermasse (3), die gleitbeweglich auf einem mit dem schwingungszube­ dämpfenden Bauteil (Abgasanlage 11) mechanisch verbindbaren Zylinderbolzen (2) gelagert und durch beidseitig an ihr angreifende erste und zweite Federvorrichtungen (4, 5) abgefedert ist, wobei die Federvorrichtungen (4, 5) als vorgespannte reibungsbe­ haftete Federvorrichtungen ausgebildet sind.

2. Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der wirksame Durchmesser der Durchgangsbohrung (6) der Tilgermasse (3) um ein auch gewisse taumelnde Bewegungen der Tilgermasse (3) ermöglichendes Maß größer ist als der Durchmesser des Zylinderbolzens (2).

3. Schwingungstilger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federvorrichtungen (4, 5) jeweils mindestens eine in ihrem mittleren Bereich auf dem Zylinderbolzen (2) gelagerte und axial abgestützte Blattfeder (4b, 5b) enthal­ ten, deren freien Federenden (4c, 5c) jeweils reibschlüssig an der Tilgermasse (3) ab­ gestützt sind.

4. Schwingungstilger nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (4b, 5b) verdrehfest auf dem Zylinderbolzen (2) gelagert sind und mit ihren freien Federenden (4c, 5c) reibschlüssig in stirnseitige Führungsnuten (8) der Tilgermasse (3) greifen.

5. Schwingungstilger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federvorrichtungen (4, 5) jeweils ein auf dem Zylinderbolzen (2) gelagertes Federpaket aus aufeinander geschichteten Tellerfedern (4a, 5a) enthalten, die axial je­ weils einerseits an der Tilgermasse (3) und andererseits am Zylinderbolzen (2) abge­ stützt sind.

6. Schwingungstilger nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (3) eine vom Zylinderbolzen (2) durchgriffene zentrische Durch­ gangsbohrung (6) aufweist, mit je einem stirnseitigen sacklochartigen ersten Bohrungs­ bereich (6a) größeren Durchmessers zur Aufnahme des jeweiligen Federpaketes sowie mit einem mittleren zweiten Bohrungsbereich (6b) geringeren Durchmessers, wobei der Durchmesser des mittleren zweiten Bohrungsbereichs (6b) um ein auch gewisse tau­ melnde Bewegungen der Tilgermasse (3) ermöglichendes geringes Maß größer ist als der Durchmesser des Zylinderbolzens (2).

7. Schwingungstilger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere zweite Bohrungsbereich (6b) jeweils mit einer stirnseitigen Bohrungs­ fase (6c) versehen ist, an der das jeweils benachbarte Federpaket mit dem Bodenbe­ reich seiner endseitigen Tellerfeder (4a, 5a) abgestützt ist.

8. Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet durch mindestens eine in ihrem Mittelbereich verdrehfest auf dem Zylinderbolzen (2) gelagerte und mit ihren beiden freien Federenden (7a) in stirnseitige Führungsnuten (8) der Tilgermasse (3) greifende zweite Blattfederanordnung (7).

9. Schwingungstilger nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß an beiden Stirnseiten der Tilgermasse (3) je eine zweite Blattfederanordnung (7) angeordnet ist.

10. Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die die Federpakete aufnehmenden stirnseitigen ersten Bohrungsbereiche (6a) der Durchgangsbohrung (6) durch eine erste und zweite Dichtung (9, 10) nach außen ab­ gedichtet sind, wobei die vom Zylinderbolzen (2) durchgriffene, dem schwingungszu­ bedämpfenden Bauelement (Abgasanlage 11) zugekehrte erste Dichtung (9) aus ei­ nem elastomeren Werkstoff gefertigt ist.

11. Schwingungstilger nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dichtung (9) sowohl mit der Tilgermasse (3) als auch mit dem Zylinder­ bolzen (2) oder einem mit diesem verbundenen Bauteil (12) in drehfester Verbindung steht.