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Diese Erfindung betrifft eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung
zum Dämpfen von Schwingungen einer Schwingungsquelle.
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Schwingungsdämpfungsvorrichtungen, die manchmal als
Schwingungsisolatoren bezeichnet werden, werden beispielsweise als
Motorlager in Kraftfahrzeugen eingesetzt, wodurch Schwingungen eines
Verbrennungsmotors gedämpft werden, um nicht auf die
Fahrzeugkarosserie übertragen zu werden.
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Als Schwingungsdämpfungsvorrichtung dieser Art ist eine
Schwingungsdämpfungsvorrichtung mit zwei schwingungsdämpfenden
Flüssigkeitskammern vorgeschlagen worden, die durch einen Trennkörper
mit einer darin ausgebildeten Öffnung getrennt sind, bei der
Schwingungen einer Schwingungsquelle durch den
Strömungswiderstand gedämpft werden, dem das Fluid unterliegt, wenn die
Schwingung auf eine Kammer übertragen wird und dadurch das
Fluid dazu bringt, durch die Öffnung aus der einen Kammer in
die andere zu strömen.
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Eine solche herkömmliche Schwingungsdämpfungsvorrichtung dämpft
Schwingungen niedriger Frequenz wirkungsvoll, ist jedoch nicht
sehr wirkungsvoll gegen Schwingungen mit einer hohen Frequenz
von beispielsweise 50 Hz oder mehr. Da die Schwingungsamplitude
in diesem Fall klein ist, verstopft die Öffnung, so daß der
Innendruck der Flüssigkeitskammer ansteigt und sich auch die
Federkonstante erhöht. Als Folge davon erhöht sich die
Schwingungsübertragungsfähigkeit und beeinflußt den Fahrkomfort des
Fahrzeugs in negativer Weise.
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Eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung gemäß den im Oberbegriff
des einzigen Anspruchs genannten Merkmalen ist aus der
EP-A-40290 bekannt, die einen mit einer Öffnung (oder einem
beschränkten Durchlaß) versehenen Trennkörper offenbart, der
durch Überdecken zweier Platten gebildet ist. Bei einem solchen
Trennkörper weist jede der zwei Platten eine Rinne auf und es
wird ein (der Öffnung entsprechender) ausgesparter Abschnitt
gebildet, in dem die zwei Platten so übereinander gelegt
werden, daß diese Rinnen sich decken, wodurch die Öffnung erhalten
wird.
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Die vorliegende Erfindung stellt eine
Schwingungsdämpfungsvorrichtung bereit, mit zwei schwingungsdämpfenden
Flüssigkeitskammern, einem an zumindest eine der zwei Flüssigkeitskammern
angrenzenden elastischen Bauteil, und einem zwischen den zwei
Flüssigkeitskammern angeordneten und mit einem beschränkten
Durchlaß gegebener Länge versehenen Trennkörper, bei der der
Trennkörper ein paar sich überdeckender, dünner
Plattenmaterialien aufweist, die den genannten Durchlaß zwischen sich
begrenzen, und wobei jedes der dünnen Plattenmaterialien mit einer
Öffnung versehen ist, die mit dem beschränkten Durchlaß in
Verbindung steht, und wobei die Länge des beschränkten Durchlasses
zum Festlegen einer effektiven Länge durch Drehen eines der
dünnen Plattenmaterialien bezüglich des anderen einstellbar
ist, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der genannten
dünnen Platten mit einer durch Pressen gebildeten Vertiefung
zum Festlegen des beschränkten Durchlasses in der Überdeckung
der Plattenmaterialien versehen ist, wobei die Vertiefung eine
Tiefe aufweist, die größer als die Dicke des genannten dünnen
Plattenmaterials ist, und daß die Querschnittsfläche des
beschränkten Durchlasses über seine Länge gleichbleibend ist.
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Die Erfindung wird beispielhaft anhand der beigefügten
Zeichnungen weiter erläutert, in denen
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Fig. 1 ein Querschnitt durch eine erste, nicht
erfindungsgemäße Ausführungsform einer
Schwingungsdämpfungsvorrichtung ist;
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Fig. 2 ein den Betriebszustand der in Fig. 1
dargestellten Vorrichtung illustrierender Querschnitt
ist;
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Fig. 3 ein Querschnitt einer zweiten, nicht
erfindungsgemäßen Ausführungsform einer
Schwingungsdämpfungsvorrichtung ist;
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Fig. 4 der Querschnitt einer dritten, erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer
Schwingungsdämpfungsvorrichtung ist;
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Fig. 5 ein Querschnitt einer
Hilfsschwingungsdämpfungseinheit ist, die in der in Fig. 4 dargestellten
Vorrichtung eingesetzt ist;
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Fig. 6 die Draufsicht eines verformungsverhindernden
Bauteils für eine elastische Platte ist, die in
der in Fig. 5 dargestellten Einheit eingesetzt
ist;
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Fig. 7 eine auseinandergezogene, räumliche Darstellung
eines in der Vorrichtung gemäß Fig. 4
eingesetzten Trennkörpers ist; und
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Fig. 8 ein Querschnitt einer vierten, erfindungsgemäßen
Ausführungsform einer
Schwingungsdämpfungsvorrichtung ist.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren der Zeichnung mit gleichen
Bezugsziffern bezeichnet.
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In den Fig. 1 und 2 ist ein erstes, nicht erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung
dargestellt, die als Motorlager in einem Kraftfahrzeug eingesetzt
wird. Diese Schwingungsdämpfungsvorrichtung weist eine starre
Scheibe 10 auf, die mit einem Befestigungsbolzen 12 versehen
ist und an einer Fahrzeugkarosserie (nicht gezeigt) befestigt
ist.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine ringförmige Platte 80
durch Verstemmen am Außenrand der Scheibe 10, die einen nach
unten vorspringenden mittleren Bereich hat, befestigt, während
eine aus elastischem Material bestehende Membran 82 an ihrem
Außenrand zwischen der Scheibe 10 und der ringförmigen Platte
80 eingeklemmt ist. Auf diese Weise ist zwischen dem mittleren
vorspringenden Bereich der Scheibe 10 und der unteren Membran
82 eine Luftkammer 84 begrenzt, wobei die Membran 82 verschoben
werden kann, um das Volumen der Luftkammer 84 zu verringern.
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Mit der Oberseite der ringförmigen Platte 80 ist durch
Vulkanisierung der untere Endbereich eines zylindrischen Gummibauteils
86 verbunden. Als Bauteil 86 kann statt Gummi anderes
elastisches Material verwendet werden. Eine ringförmige Platte 88 ist
mit dem oberen Endbereich des zylindrischen Gummibauteils 86
verbunden, während eine Scheibe 18 an der Oberseite der
ringformigen Platte 88 befestigt ist. Die Scheibe ist in ihrem
mittleren Bereich erhöht und mit einem Befestigungsbolzen 19
zum Tragen eines und zum Befestigen an einem Motor (nicht
gezeigt) versehen.
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Zwischen der Scheibe 18 und der ringförmigen Platte 88 ist der
Außenrand eines Trennkörpers 22 durch das Gummibauteil 86
eingeklemmt, während eine aus elastischem Material bestehende
Membran 90 an ihrem Außenrand zwischen dem Trennkörper 22 und der
Scheibe 18 eingeklemmt ist. Auf diese Weise ist zwischen der
Membran 90 und der Scheibe 18 eine Luftkammer 92 begrenzt,
wobei die Membran 90 verschoben werden kann, um das Volumen der
Luftkammer 92 zu vergrößern und zu verringern.
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In den durch die Membran 90, die Membran 82 und das
Gummibauteil 86 begrenzten Raum ist eine Dämpfungsflüssigkeit gefüllt,
um eine Flüssigkeitskammer zu bilden. Diese Flüssigkeitskammer
ist durch den Trennkörper 22 in eine Kammer 94 und eine Kammer
96 geteilt, die miteinander durch einen kreisförmigen
beschränkten Durchlaß in Gestalt einer im Trennkörper 22
ausgebildeten Öffnung 24 verbunden sind.
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Bei einem Ansteigen der Umgebungstemperatur wird das Kochen der
Flüssigkeit verhindert, indem die Flüssigkeitskammern 94, 96
mittels Luft in den Kammern 92, 84 über die Membranen 90, 82
unter Druck gesetzt werden. Jedoch kann jede dieser Luftkammern
92, 84 mit der Umgebungsluft in Verbindung stehen.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine
Hilfsschwingungsdämpfungseinheit 100 in der Flüssigkeitskammer 96 angeordnet, die
Schwingungen vom Motor (nicht gezeigt) ausgesetzt ist. Die
Hilfsschwingungsdämpfungseinheit 100 weist ein
verformungsverhinderndes Bauteil 102, das an seinem Außenrand mit einem nach
unten vorspringenden Abschnitt 102a versehen ist, ein
verformungsverhinderndes Bauteil 104 und eine zwischen den Bauteilen
102 und 104 liegende elastische Platte 106 auf.
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Beide Bauteile 102 und 104 sind scheibenartig und sind dicht
innerhalb eines nach oben stehenden Abschnitts 80a befestigt,
der durch nach oben Biegen des Innenrandes der ringförmigen
Platte 80 gebildet ist. Darüberhinaus ist die Außenfläche des
nach oben stehenden Abschnitts 80a ebenfalls durch
Vulkanisierung mit dem Gummibauteil 86 verbunden.
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In der Hilfseinheit 100 ist durch die nach unten ragenden
Abschnitte 102a ein Verdrängungsraum 108 zwischen den Bauteilen
102 und 104 festgelegt. Jedes der Bauteile 102 und 104 weist
eine Vielzahl von Löchern 110 und 112 zur Verbindung des
Verdrängungsraums 108 mit der Flüssigkeitskammer 96 auf. Die im
Verdrängungsraum 108 angeordnete elastische Platte 106 ist eine
Scheibe aus einem elastischen Material wie beispielsweise
Gummi, deren Dicke und Außendurchmesser kleiner als die
entsprechenden Maße des Verdrängungsraums 108 sind. Die elastische
Platte 106 ist daher im Verdrängungsraum 108 frei beweglich.
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In der Hilfseinheit 100 mit dem oben genannten Aufbau strömt
die in die Flüssigkeitskammer 96 gefüllte Flüssigkeit durch die
Löcher 110 und 112 frei in den Verdrängungsraum 108.
Darüberhinaus können, um das Strömen der Flüssigkeit im Raum 108
weiter zu erleichtern, die gegenüberliegenden und dem Raum 108
zugewandten Oberflächen der Bauteile 102 und 104 rauh ausgeführt
sein oder es können kleine Durchgangslöcher in der elastischen
Platte 106 ausgebildet sein.
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Weiterhin ist ein Ringbauteil 34 im äußeren Randbereich des
Gummibauteils 86 in der Mitte der Axialerstreckung eingebettet,
um die Zunahme des Außendurchmessers des Gummibauteils 86 im
geforderten Bereich zu halten.
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Wird die Schwingungsdämpfungsvorrichtung gemäß diesem
Ausführungsbeispiel als Motorlager für ein Kraftfahrzeug (nicht
gezeigt) eingesetzt, drückt - wie in Fig. 2 dargestellt - das
Gewicht des Motors auf die Scheibe 18, wodurch der
Flüssigkeitsdruck in den Flüssigkeitskammern 94 und 96 erhöht wird.
Das bedeutet, daß der Druckanstieg in der Flüssigkeitskammer 94
die Membran 90 nach oben drückt, um das Volumen der Luftkammer
92 zu verringern, während die Flüssigkeit in der
Flüssigkeitskammer 96 aufgrund des Druckanstiegs in dieser die Membran 82
durch die Löcher 110, 112 in der Hilfseinheit 100 herunter
drückt, um das Volumen der Luftkammer 84 zu verringern. Die
elastische Platte 106 ist selbst bei einem solchen
Verformungszustand frei im Verdrängungsraum 108 beweglich, so daß sie
durch den Druckanstieg in der Flüssigkeitskammer 96 nie auf die
verformungsverhindernden Bauteile 102 oder 104 gepreßt wird.
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Während des Betriebs des Motors werden von diesem erzeugte
Schwingungen über die Scheibe 18 auf die
Schwingungsdämpfungsvorrichtung übertragen. Da in dieser Vorrichtung das
Gummibauteil 86 als schwingungsdämpfender Hauptkörper wirkt, können die
Schwingungen durch die auf der inneren Reibung des
Gummibauteils 86 basierende Schwingungsdämpfungseigenschaft gedämpft
werden. Darüberhinaus strömt bei niedriger Schwingungsfrequenz
die Flüssigkeit durch die Öffnung 24 frei zwischen den
Flüssigkeitskammern 94 und 96, wodurch niedrigfrequente Schwingungen
aufgrund einer Dämpfungswirkung wirksam gedämpft werden können,
die auf den Fließwiderstand zurückzuführen ist, der beim
Strömen der Flüssigkeit durch die Öffnung 24 erzeugt wird. Haben
dagegen die vom Motor erzeugten Schwingungen eine hohe Frequenz
von beispielsweise 50 Hz oder mehr, kommt es, da die Amplitude
solcher Schwingungen klein ist, möglicherweise zum Verstopfen
der Öffnung 24. In diesem Fall jedoch schwingt die elastische
Platte 106 der Hilfseinheit 100 leicht im Verdrängungsraum 108
hin und her, um die hochfrequenten Schwingungen zu dämpfen, so
daß es zu keinem Druckanstieg in der Flüssigkeitskammer 96
kommt und auch eine Zunahme der Federkonstante der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung wirkungsvoll unterdrückt wird, was zu
einer adäquaten Dämpfung von Schwingungen führt.
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Wie oben ausgeführt, können mit dieser
Schwingungsdämpfungsvorrichtung auch Schwingungen mit einem breiten Frequenzbereich
gedämpft werden, so daß der Fahrkomfort eines Fahrzeugs
erheblich verbessert werden kann.
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In Fig. 3 ist eine zweite, nicht erfindungsgemäße
Ausführungsform einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung dargestellt, bei der
eine innere Schale 57 mit einem nach oben ragenden Teil 57a an
einem Ende durch Verstemmen am Außenrand einer Scheibe 18
befestigt ist und eine Membran 90 an ihrem Außenrand luftdicht
zwischen das untere Ende des nach oben ragenden Teils 57a und
die Scheibe 18 geklemmt ist.
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Ein ringförmiges Gummibauteil 118 ist durch Vulkanisierung an
seiner Innenfläche mit der Außenfläche des nach oben ragenden
Teils 57a verbunden. Das Gummibauteil 118 erstreckt sich mit
allmählich zunehmendem Durchmesser nach schräg oben und ist an
seiner Außenfläche durch Vulkanisierung mit der Innenfläche
eines schräg nach unten verlaufenden Abschnitts 64a einer
äußeren Schale 64 verbunden, die an ihrem oberen Ende durch
Verstemmen am Außenrand einer Scheibe 10 befestigt ist. Weiterhin
ist eine Membran 82 an ihrem Außenrand zwischen die äußere
Schale 64 und die Scheibe 10 geklemmt.
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Bei dieser Ausführungsform ist die schwingungsdämpfende
Flüssigkeitskammer 96 durch die Membran 82, die äußere Schale 64,
das Gummibauteil 118 und den mittleren Bereich des nach oben
ragenden Teils 57a der inneren Schale 57 begrenzt, während die
schwingungsdämpfende Flüssigkeitskammer 94 durch den nach oben
ragenden Teil 57a der inneren Schale 57 und die Membran 90
begrenzt ist. Diese beiden Flüssigkeitskammern 94 und 96 stehen
miteinander durch einen beschränkten Durchlaß in Gestalt einer
Öffnung 24 in Verbindung, die im mittleren Bereich des nach
oben stehenden Teils 57a gebildet ist.
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Bei dieser Schwingungsdämpfungsvorrichtung ist die
Hilfsschwingungsdämpfungseinheit 100 in der Flüssigkeitskammer 96 so
angeordnet, daß sie nahe der Membran 82 in die Innenrandfläche der
äußeren Schale 64 eingesetzt ist. Der Aufbau und die Funktion
der Hilfseinheit 100 sind gleich der im Zusammenhang mit den
Fig. 1 und 2 beschriebenen Ausführungsform.
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Eine Gummiauskleidung 120 ist durch Vulkanisierung mit der
Innenfläche des nach oben stehenden Teils 57a so verbunden, daß
ein im mittleren Bereich der Gummiauskleidung 120 gebildetes
Durchgangsloch 122 mit dem beschränkten Durchlaß 24 fluchtet.
Hier kann die Länge des beschränkten Durchlasses 24 durch
Ändern der Dicke der Gummiauskleidung 120 an einer dem
Durchgangsloch 122 entsprechenden Stelle eingestellt werden. Auf
diese Weise kann ein Verlustfaktor (tan δ) der Flüssigkeit
durch die Gesamtlänge des Durchgangsloches 122 und des
beschränkten Durchlasses 24 erhöht werden, wodurch der
Schwingungsdämpfungseffekt gegen Schwingungen mit einem breiteren
Frequenzbereich ausgestaltet werden kann.
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In Fig. 4 ist ein drittes, erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung dargestellt, bei
dem eine Hilfsschwingungsdämpfungseinheit 130 auf einer Scheibe
10 in einer schwingungsdämpfenden Flüssigkeitskammer 96
angeordnet ist. Die Hilfseinheit 130 weist ein
verformungsverhinderndes Bauteil 132, ein verformungsverhinderndes Bauteil 134
und eine elastische Platte 138 auf, die beweglich in einem
Verdrängungsraum 136 gehalten ist, der zwischen den Bauteilen 132
und 134 begrenzt ist, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist.
Jedes der Bauteile 132 und 134 weist eine Vielzahl von Löchern
140 und 142 zur Verbindung des Verdrängungsraum 136 mit der
Flüssigkeitskammer 96 auf.
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In der Hilfsschwingungsdämpfungseinheit 130 ist eine
scheibenförmige Membran 144 genau unterhalb des Bauteils 134 angeordnet
und die Membran 144 und das Bauteil 134 sind zusammen an ihren
Außenrändern am Bauteil 132 befestigt durch Verstemmen des
Außenrandes eines Plattenbauteils 146, das unter der Membran
144 angeordnet ist, mit dem oberen Bauteil 132. Weiterhin ragt
der mittlere Bereich des Plattenbauteils 146 nach unten, um mit
der Membran 144 eine geschlossene Luftkammer 148 zu begrenzen.
Somit hat die geschlossene Luftkammer 148 dieselbe Wirkung wie
die Luftkammer 84, die bei den in den Fig. 1, 2 und 3
dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist.
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Der Trennkörper 22 zum Trennen der Flüssigkeitskammern 94, 96
weist eine im wesentlichen tellerförmige Platte 150 und einen
scheibenförmigen Körper 152 auf, deren Form genauer aus Fig. 7
hervorgeht. Der scheibenförmige Körper 152 weist einen
bogenförmigen Vorsprung 154 auf, der beispielsweise durch Pressen
geformt ist, d. h. es ist im scheibenförmigen Körper 152 eine
halbkreisförmige Vertiefung gebildet. Weiterhin ist an einem
Ende des Vorsprungs 154 eine Öffnung 156 gebildet. Der
scheibenförmige Körper 152 wird am vertieften Boden der Platte 150
(beispielsweise durch Pressen geformt) so befestigt, daß das
andere Ende des Vorsprungs über einem in der Platte 150
gebildeten Loch 158 angeordnet ist. Auf diese Weise bildet der sich
zwischen den Öffnungen 156 und 158 erstreckende vertiefte
Abschnitt des Körpers 152 einen beschränkten Durchlaß 160, bei
dem die Öffnungen 156 und 158 mit den entsprechenden
Flüssigkeitskammern
94 und 96 in Verbindung stehen. Die axiale Länge
des beschränkten Durchlasses 160 kann durch axiales Ändern der
Position der Öffnung 158 bezüglich des vertieften Abschnitts
des Körpers 152 eingestellt werden.
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Wie aus Fig. 4 hervorgeht, ist in der Scheibe 18 ein Luftloch
162 gebildet.
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Mit dieser Schwingungsdämpfungsvorrichtung können vom Motor
erzeugte Schwingungen wirkungsvoll auf dieselbe Weise wie bei
den zuvor genannten Ausführungsbeispielen gedämpft werden. Das
bedeutet, daß niedrigfrequente Schwingungen durch die auf dem
Fließwiderstand beruhende Dämpfungswirkung gedämpft werden
können, dem die Flüssigkeit beim Strömen durch den beschränkten
Durchlaß 160 unterliegt, während hochfrequente Schwingungen
durch das Hin- und Herschwingen der elastischen Platte 138 in
der Hilfseinheit 130 gedämpft werden können.
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In Fig. 8 ist ein viertes, erfindungsgemäßes
Ausführungsbeispiel einer Schwingungsdämpfungsvorrichtung dargestellt, bei
dem eine zylindrische Schale 164 an einem Ende durch Verstemmen
am Außenrand einer Scheibe 18 befestigt ist und ein elastisches
Gummibauteil 166 durch Vulkanisierung an seinem unteren und
äußeren Rand mit dem Innenrand des oberen Teils 164a der
zylindrischen Schale 164 verbunden ist. Das Gummibauteil 166 ist
ebenfalls durch Vulkanisierung an seiner Oberseite mit einer
Scheibe 10 verbunden. Weiterhin sind ein Trennkörper 22 und
eine Membran 90 an ihren Außenrändern zwischen die zylindrische
Schale 164 und die Scheibe 18 geklemmt, wie in Fig. 8
dargestellt. Auf diese Weise ist eine schwingungsdämpfende
Flüssigkeitskammer 96 durch das Gummibauteil 166, die zylindrische
Schale 164 und den Trennkörper 22 begrenzt, während eine
schwingungsdämpfende Flüssigkeitskammer 94 zwischen dem
Trennkörper 22 und der Membran 90 begrenzt ist.
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Der Trennkörper 22 hat denselben Aufbau wie in den Fig. 4
und 7 dargestellt, jedoch ist bei diesem Ausführungsbeispiel
der scheibenförmige Körper in der Kammer 94 angeordnet.
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Bei dieser Schwingungsdämpfungsvorrichtung wird die
Hilfsschwingungsdämpfungseinheit 130, wie sie in der Ausführungsform gemäß
Fig. 4 eingesetzt ist, auf dem Trennkörper 22 so angebracht,
daß sie die Öffnung 158 der Platte 150, die in diesem Fall nach
oben vorsteht, nicht versperrt.
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Erfindungsgemäß können eine oder beide der
verformungsverhindernden Bauteile für die in der
Hilfsschwingungsdämpfungseinheit eingesetzte elastische Platte ein gitterförmiger
Plattenkörper oder ein Riffelblech (checkered plate) anstelle einer
perforierten Platte sein.
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Wie oben bezüglich der Fig. 4 bis 8 ausgeführt worden ist,
ist erfindungsgemäß die Hilfsschwingungsdämpfungseinheit in
einer der beiden schwingungsdämpfenden Flüssigkeitskammern der
Schwingungsdämpfungsvorrichtung angeordnet, die beim Einsatz
als Motorlager Schwingungen ausgesetzt ist, die von einem Motor
erzeugt werden, so daß Schwingungen mit einem breiteren
Frequenzbereich aufgrund der synergistischen Wirkung der beiden
Flüssigkeitskammern und der Hilfsschwingungsdämpfungseinheit
wirkungsvoll gedämpft werden können.