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Die Erfindung betrifft eine Antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine Antriebseinrichtung der eingangsgenannten Art ist beispielsweise aus Dankert, Jürgen und Dankert, Helga: Technische Mechanik: Statik, Festigkeitslehre, Kinematik/Kinetik 6. überarbeitete Auflage, 2011 Wiesbaden: Vieweg + Teubner (ISBN 9783834898401), S. 654, Aufgabe 32.3 bekannt. Diese Antriebseinrichtung umfasst einen Antriebsmotor, der eingerichtet ist, eine Antriebsbewegung bereitzustellen. Um Betriebsschwingungen des Antriebsmotors zu reduzieren, umfasst die Antriebseinrichtung außerdem eine Federanordnung, eine vom Antriebsmotor separate Schwingungstilgungsmasse und eine Dämpferanordnung.
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Aus
DE 695 15 191 T2 und
DE 11 35 246 A ist es jeweils bekannt, eine Federanordnung derart auszubilden, dass deren Federsteifigkeit selektiv vergrößert und verkleinert werden kann.
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Aus
WO 2012/092 298 A2 ist es bekannt, eine Schwingungstilgungsmasse über eine Linearführung zu lagern, so dass die Schwingung der Schwingungstilgungsmasse auf eine translatorische Bewegung in einer Hauptamplitudenrichtung von Betriebsschwingungen beschränkt ist, wobei die Schwingungstilgungsmasse über die Linearführung mit einer Federanordnung verbunden ist.
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Aus
DE 695 15 191 T2 und
DE 11 35 246 A ist es z.B. jeweils bekannt, eine Dämpferanordnung vorzusehen, die mit einer Schwingungstilgungsmasse verbunden ist, um eine Schwingung der Schwingungstilgungsmasse zu dämpfen, wobei die Dämpferanordnung derart ausgebildet ist, dass eine Dämpfungswirkung dieser selektiv vergrößert und verkleinert werden kann.
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Aus allen vorgenannten Dokumenten ist es schließlich bekannt, eine Schwingungstilgungsmasse direkt mit einer Federanordnung zu verbinden.
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Aus
WO 98/37612 A1 ist z.B. eine Antriebseinrichtung bekannt, wobei ein als Elektromotor ausgebildeter Antriebsmotor für ein Gebläse über federelastische Halteelemente an einer als Aufnahmegehäuse ausgebildeten Motoraufnahme befestigt ist, so dass der Antriebsmotor und die Halteelemente ein Feder-Masse-Schwingsystem bilden. Durch dieses Feder-Masse-Schwingsystem werden über die Antriebsbewegung des Antriebsmotors erzeugte Betriebsschwingungen von der Motoraufnahme und damit von einer Montageposition dieser entkoppelt. Allerdings bleiben die Betriebsschwingungen aufseiten des Antriebsmotors unbehandelt, wodurch sich Wartungsintervalle der Antriebseinrichtung bzw. des Antriebsmotors und von mit diesem antriebsverbundenen Komponenten verkürzen können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so bereitzustellen, dass diese eine noch bessere antriebsmotorseitige Reduzierung von Betriebsschwingungen realisiert.
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Dies wird mit den Merkmalen im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 erreicht. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Gemäß der Erfindung weist eine Antriebseinrichtung einen Antriebsmotor, der eingerichtet ist, eine Antriebsbewegung bereitzustellen; und eine Federanordnung auf, die mit dem Antriebsmotor schwingungsgekoppelt ist, um über die Antriebsbewegung des Antriebsmotors erzeugte Betriebsschwingungen in elastischen Verformungen der Federanordnung wiederzugeben. Gemäß der Erfindung ist zusätzlich eine vom Antriebsmotor und der Motoraufnahme separate Schwingungstilgungsmasse vorgesehen, welche beweglich gelagert mit dem Antriebsmotor schwingungsgekoppelt ist, so dass die Betriebsschwingungen an die Schwingungstilgungsmasse übertragbar sind, und welche mit der Federanordnung verbunden ist, so dass die Schwingungstilgungsmasse unter Wirkung einer Federsteifigkeit der Federanordnung in Schwingung versetzbar ist.
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Durch die Bereitstellung der unter der Wirkung der Federsteifigkeit der Federanordnung stehenden Schwingungstilgungsmasse bildet die Antriebseinrichtung einen Zweimassenschwinger, dessen Massen gegenläufige Relativschwingungen (die Betriebsschwingungen und die Schwingungen der Schwingungstilgungsmasse) ausführen. Die Überlagerung der gegenläufigen Amplituden dieser Relativschwingungen führt zu einer Reduzierung der Schwingungsamplitude der Betriebsschwingungen. Mit anderen Worten wird gemäß der Erfindung die Betriebsschwingung aktiv reduziert, indem durch Überlagerung der Betriebsschwingung mit der gegenläufigen Schwingung der Schwingungstilgungsmasse eine teilweise Auslöschung der Betriebsschwingung erfolgt.
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Auf diese Weise wird auch aufseiten des Antriebsmotors das Betriebsschwingungsniveau reduziert, wodurch schwingungsbedingte Belastungen der Antriebseinrichtung bzw. des Antriebsmotors und von mit diesem antriebsverbundenen Komponenten reduziert werden. Dadurch reduziert sich der Verschleiß und damit der Wartungsaufwand.
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Gemäß der Erfindung weist die Antriebseinrichtung außerdem eine Dämpferanordnung auf, die mit der Schwingungstilgungsmasse verbunden ist, um die Schwingung der Schwingungstilgungsmasse zu dämpfen. Mit anderen Worten weist der Schwingungstilger neben der Federanordnung und der Schwingungstilgungsmasse zusätzlich die Dämpferanordnung auf. Durch die Dämpferanordnung zur Schwingungsdämpfung kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass es auch bei einer Übereinstimmung der Eigenfrequenzen des Schwingungstilgers und des die Betriebsschwingungen erzeugenden Massensystems nicht zu einer Resonanzkatastrophe kommen kann. Zudem erhöht die Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung die Effizienz der Schwingungstilgung.
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Die erfindungsgemäße Antriebseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Federanordnung und die Dämpferanordnung direkt miteinander verbunden sind, so dass die Dämpferanordnung sich zwischen der Schwingungstilgungsmasse und der Federanordnung befindend die Schwingungstilgungsmasse mit der Federanordnung verbindet. Für diese Anordnung der Dämpferanordnung zwischen Schwingungstilgungsmasse und Federanordnung wurde in Versuchen festgestellt, dass damit der Schwingungstilger vorteilhaft eine zusätzliche Reduzierung von Oberwellen der Betriebsschwingungen bewirkt.
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Bevorzugt ist die Federanordnung über eine Motoraufnahme, mit welcher der Antriebsmotor verbunden ist und über welche der Antriebsmotor in einer vorbestimmten Montageposition montierbar ist, mit dem Antriebsmotor schwingungsgekoppelt. Dies kann z.B. durch eine direkte Verbindung von Motoraufnahme und Federanordnung oder durch Zwischenschaltung weiterer Komponenten, wie z.B. einer an der Motoraufnahme angebrachten Befestigungskonsole, realisiert sein.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungstilgungsmasse variabel ausgebildet, so dass sie selektiv vergrößert und verkleinert werden kann. Auf diese Weise kann die Schwingungstilgungsmasse variabel an die die Betriebsschwingungen erzeugende Masse, wie den Antriebsmotor und eine von diesem direkt angetriebene Komponente, angepasst werden.
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Um die Massenvariabilität der Schwingungstilgungsmasse zu realisieren, kann diese z.B. eine Mehrzahl von lösbar zu einem Plattenpaket zusammengefassten Platten (z.B. aus Metall), eine Mehrzahl von lösbar zu einem Scheibenpaket zusammengefassten Scheiben (z.B. aus Metall) und/oder eine mit einem formlosen Stoff wie einer Flüssigkeit oder Sand oder Kies gefüllte Aufnahme wie einen Behälter aufweisen. Zum Vergrößern und Verkleinern der Schwingungstilgungsmasse werden dann einfach selektiv einzelne Platten, Scheiben oder Anteile des formlosen Stoffs hinzugefügt bzw. entfernt oder durch anders ausgebildete Massen ersetzt.
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Wenn keine Massenvariabilität der Schwingungstilgungsmasse gewünscht oder erforderlich ist, kann die Schwingungstilgungsmasse natürlich auch in monolithischer Form ausgebildet sein.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Federanordnung derart ausgebildet, dass deren Federsteifigkeit selektiv vergrößert und verkleinert werden kann. Auf diese Weise kann die Federsteifigkeit und damit die Eigenfrequenz des von der Schwingungstilgungsmasse und der Federanordnung gebildeten Schwingsystems variabel an die Frequenz der Betriebsschwingungen angepasst werden. Mit anderen Worten kann die Verstimmung bzw. Gegenläufigkeit der Schwingung der Schwingungstilgungsmasse gegenüber der Betriebsschwingung variabel angepasst bzw. optimiert werden.
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Gemäß der Erfindung kann die Federanordnung z.B. eine oder mehrere Blattfedern, eine oder mehrere Schraubenfedern, eine oder mehrere Tellerfedern und/oder eine oder mehrere Gasdruckfedern aufweisen.
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Zum Vergrößern und Verkleinern der Federsteifigkeit (einer Gesamtfedersteifigkeit) der Federanordnung können selektiv einzelne Federn hinzugefügt bzw. entfernt werden oder durch Federn anderer Federsteifigkeit ersetzt werden. Bei Gasdruckfedern kann die Federsteifigkeit zusätzlich durch Variieren des Gasdrucks verändert werden.
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Gemäß noch einer Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungstilgungsmasse über eine Linearführung gelagert, so dass die Schwingung der Schwingungstilgungsmasse auf eine translatorische Bewegung beschränkt ist. Durch diese Freiheitsgradbeschränkung wird eine Bestimmung der massenmäßigen Auslegung der Schwingungstilgungsmasse und der federsteifigkeitsmäßigen Auslegung der Federanordnung vereinfacht. Somit ist die Auslegung des die Federanordnung, die Schwingungstilgungsmasse und ggf. andere Komponenten aufweisenden Schwingungstilgers z.B. nach einem theoretischen Berechnungsmodell möglich.
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Bevorzugt ist die Linearführung so ausgerichtet, dass die Schwingungstilgungsmasse in einer Hauptamplitudenrichtung der Betriebsschwingungen in translatorischer Bewegung schwingen kann. Auf diese Weise kann der Schwingungstilger seine größtmögliche Tilgungswirkung entfalten und werden somit die Betriebsschwingungen optimal reduziert.
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Zur Reduzierung überlagerter Schwingungen ist es z.B. auch denkbar, parallel mehrere Schwingungstilger an der Antriebseinrichtung vorzusehen.
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Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Schwingungstilgungsmasse über die Linearführung mit der Federanordnung verbunden. Dies kombiniert vorteilhaft die Freiheitsgradbeschränkung für die Schwingung der Schwingungstilgungsmasse und die Übertragung der Wirkung der Federsteifigkeit der Federanordnung sowie der Betriebsschwingungen an die Schwingungstilgungsmasse, wodurch der Schwingungstilger sehr kompakt ausgeführt sein kann.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Schwingungstilgungsmasse direkt mit der Federanordnung verbunden. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine einfachere konstruktive Lösung für die Linearführung.
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Bevorzugt ist die Dämpferanordnung derart ausgebildet, dass die Dämpfungswirkung dieser selektiv vergrößert und verkleinert werden kann. Auf diese Weise kann die Dämpfungswirkung variabel an das die Betriebsschwingungen erzeugende Massesystem und an die Auslegung der übrigen Komponenten des Schwingungstilgers angepasst werden, um die Schwingungstilgung zu optimieren.
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Gemäß der Erfindung kann die Dämpferanordnung z.B. einen oder mehrere Elastomerdämpfer, einen oder mehrere nach dem Drosselprinzip wirkende hydraulische Dämpfer, eine oder mehrere nach dem Wirbelstromprinzip wirkende elektrische Tauchspulen und/oder einen oder mehrere Reibungsdämpfer wie Reibplatten aufweisen.
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Zum Vergrößern und Verkleinern der Dämpfungswirkung (einer Gesamtdämpfungswirkung) der Dämpferanordnung können selektiv einzelne Dämpfer hinzugefügt bzw. entfernt werden oder durch Dämpfer anderer Dämpfungswirkung ersetzt werden. Bei hydraulischen Dämpfern kann die Dämpfungswirkung zusätzlich durch Verändern einer Drossel variiert werden. Bei Tauchspulen kann die Dämpfungswirkung zusätzlich durch Verändern des Stromflusses mittels Veränderns z.B. eines elektrischen Widerstandes variiert werden.
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Die Erfindung erstreckt sich ausdrücklich auch auf solche Ausführungsformen, welche nicht durch Merkmalskombinationen aus expliziten Rückbezügen der Ansprüche gegeben sind, womit die offenbarten Merkmale der Erfindung - soweit dies technisch sinnvoll ist - beliebig miteinander kombiniert sein können.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden.
- 1 zeigt eine Antriebseinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 zeigt eine perspektivische Tranzparenzansicht eines Schwingungstilgers der Antriebseinrichtung von 1.
- 3 zeigt eine Antriebseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Antriebseinrichtung von 3.
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Dämpferanordnung der Antriebseinrichtung von 3.
- 6 zeigt eine Antriebseinrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Die 1 und 2 zeigen Ansichten einer Antriebseinrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform.
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Wie aus 1 ersichtlich, weist die Antriebseinrichtung 1 einen Antriebsmotor 10, der eingerichtet ist, eine Antriebsbewegung bereitzustellen, und eine Motoraufnahme 20 auf, mit welcher der Antriebsmotor 10 verbunden ist und über welche der Antriebsmotor 10 in einer vorbestimmten Montageposition montiert ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform dient die Antriebseinrichtung 1 zum Antreiben eines nicht gezeigten Ventilatorrades eines insbesondere axial (radial wäre auch denkbar) wirkenden Abluftventilators.
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Demgemäß ist in der vorliegenden Ausführungsform der Antriebsmotor 10 als Elektromotor ausgebildet, wobei das Ventilatorrad direkt auf einer nicht gezeigten Abtriebswelle des Antriebsmotors 10 angeordnet ist. Die Motoraufnahme 20 ist als Gestellrahmen ausgebildet, wobei der Antriebsmotor 10 mit einem Motorfuß 10a fest auf eine obenliegende Aufnahmefläche 20a einer Deckenwandung der Motoraufnahme 20 aufgeschraubt ist. Ein untenliegender Rahmenteil 20b der Motoraufnahme 20 ist über eine Mehrzahl von zwischenliegenden Elastomerdämpfern 2 an einem Bodensockel 3 eines Aufstellungsortes befestigt.
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Bei einem wie hier beispielhaft aufgezeigten Abluftventilator (z.B. einer Lackieranlage) können sich mit der Betriebsdauer Ablagerungen am Ventilatorrad und damit Unwuchten bilden, welche bei Betrieb des Abluftventilators bzw. Rotation des Ventilatorrades mechanische Schwingungen verursachen. Diese durch die Rotation des Ventilatorrades verursachten Schwingungen addieren sich mit den vom Antriebsmotor 10 selbst erzeugten mechanischen Schwingungen zu Betriebsschwingungen, welche bei Übersteigen eines kritischen Wertes zu erhöhtem Verschleiß der mechanischen Komponenten führen.
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Bei üblichen Abluftventilatoren werden zur Schwingungsdämpfung lediglich Schwingungsdämpfer (überwiegend Elastomerdämpfer) eingesetzt, welche jedoch die auftretenden Betriebsschwingungen lediglich passiv dämpfen und eine Entkopplung der Antriebseinrichtung zum Boden darstellen, wie mit den Elastomerdämpfern 2 in 1 gezeigt.
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Beim Einsatz von Ventilatorrädern begrenzt deren Schwingneigung die Effizienz hinsichtlich der Luftmenge, die bewegt werden kann. Es müssen insgesamt schwerere bzw. robustere mechanische Komponenten eingesetzt werden, deren Schwingungsanfälligkeit durch stabilere, steifere Ventilatorräder reduziert wird. In der Regel wird dabei eine verringerte Effizienz bzgl. des erreichbaren Volumenstroms in Kauf genommen, um die Schwingungen gering zu halten.
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Zur Vermeidung von Unwuchten am Ventilatorrad und damit erhöhter Schwingungsbelastung erfolgt außerdem üblicherweise ein regelmäßiges Abreinigen sowie Auswuchten des Ventilatorrades, was jedoch mit regelmäßig anfallenden, hohen Wartungskosten verbunden ist.
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Um diese Probleme zu lösen bzw. zu mildern, weist die Antriebseinrichtung 1 einen Schwingungstilger 30 auf, welcher durch Erzeugung einer zur Betriebsschwingung gegenläufigen Tilgungsschwingung und Überlagerung dieser mit der Betriebsschwingung eine aktive Reduzierung der Betriebsschwingung auch aufseiten des Antriebsmotors 10 bewirkt.
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Der Schwingungstilger 30 weist eine plattenförmige metallische Befestigungskonsole 31, die z.B. mittels Verschweißens oder Verschraubens fest und schwingungsgekoppelt an dem untenliegenden Rahmenteil 20b der Motoraufnahme 20 angebracht ist, eine Federanordnung 40, eine vom Antriebsmotor 10 und von der Motoraufnahme 20 separate Schwingungstilgungsmasse 50, eine Linearführung 35 für die Schwingungstilgungsmasse 50 und eine Dämpferanordnung 60 zur Schwingungsdämpfung auf.
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Die in 2 näher dargestellte Federanordnung 40 weist mehrere (hier z.B. vier) Schraubenfedern 41 vorbestimmter gleicher Federsteifigkeit auf, die sich direkt auf der Befestigungskonsole 31 abstützen. Somit ist die Federanordnung 40 über die Befestigungskonsole 31 und die Motoraufnahme 20 mit dem Antriebsmotor 10 schwingungsgekoppelt, so dass sie die über die Antriebsbewegung des Antriebsmotors 10 erzeugten Betriebsschwingungen in elastischen Verformungen der Schraubenfedern 41 wiedergeben kann.
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Die Schwingungstilgungsmasse 50 weist mehrere lösbar zu einem Plattenpaket bzw. Plattenstapel zusammengefasste Metallplatten 51 (hier z.B. drei) auf, wobei sich die Schwingungstilgungsmasse 50 direkt auf den Schraubenfedern 41 abstützt. Mit anderen Worten ist die Federanordnung 40 zwischen Schwingungstilgungsmasse 50 und Befestigungskonsole 31 angeordnet, so dass die Schwingungstilgungsmasse 50 direkt mit der Federanordnung 40 verbunden ist.
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Die Linearführung 35 weist mehrere (hier z.B. zwei) Führungsleisten 36 auf, welche senkrecht auf die Befestigungskonsole 31 aufgeschweißt sind, so dass sie die Schwingungstilgungsmasse 50 beweglich einfassen, so dass eine Bewegungsfreiheit der Schwingungstilgungsmasse 50 auf eine translatorische Bewegung beschränkt ist.
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Im Ergebnis ist die Schwingungstilgungsmasse 50 translatorisch beweglich durch die Linearführung 35 gelagert über die Federanordnung 40, die Befestigungskonsole 31 und die Motoraufnahme 20 mit dem Antriebsmotor 10 schwingungsgekoppelt, so dass die Betriebsschwingungen an die Schwingungstilgungsmasse 50 übertragbar sind, wobei die Schwingungstilgungsmasse 50 unter Wirkung einer sich aus den Federsteifigkeiten der einzelnen Schraubenfedern 41 zusammensetzenden Gesamtfedersteifigkeit der Federanordnung 40 in Schwingung versetzbar ist.
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Bevorzugt ist die Linearführung 35 so ausgerichtet, dass die Schwingungstilgungsmasse 50 in einer Hauptamplitudenrichtung der Betriebsschwingungen in translatorischer Bewegung schwingen kann. In der vorliegenden Ausführungsform wurde durch Versuche die Vertikalrichtung als Hauptamplitudenrichtung der Betriebsschwingungen ermittelt.
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Die Dämpferanordnung 60 ist in etwa mittig unter den Metallplatten 51 der Schwingungstilgungsmasse 50, d.h. zwischen der Befestigungskonsole 31 und der Schwingungstilgungsmasse 50 angeordnet und direkt mit der Befestigungskonsole 31 und der Schwingungstilgungsmasse 50 verbunden. Die Dämpferanordnung 60 dient zum Dämpfen der Schwingung (Tilgungsschwingung) der Schwingungstilgungsmasse 50. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Dämpferanordnung 60 als nach dem Drosselprinzip wirkender hydraulischer Dämpfer 61 (Zylinder-Kolben-Anordnung) ausgebildet.
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Im Fazit bildet die Antriebseinrichtung 1 einen Zweimassenschwinger, dessen Massen gegenläufige Relativschwingungen (Betriebsschwingung und Tilgungsschwingung) ausführen. Die Überlagerung der gegenläufigen Amplituden dieser Schwingungen führt zu einer Reduzierung der Schwingungsamplitude der Betriebsschwingung, wobei die Tilgungsschwingung der Schwingungstilgungsmasse 50 durch die Dämpferanordnung 60 bedämpft wird.
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Um eine optimale Verstimmung des Schwingungstilgers 30 bzw. der Tilgungsschwingung gegenüber dem die Betriebsschwingung erzeugenden Massensystem (hier Antriebsmotor und Ventilatorrad) und damit eine optimale Reduzierung der Schwingungsamplitude der Betriebsschwingung zu erreichen, ist es vorteilhaft, die vorab per Berechnungsmodell bestimmte Schwingungscharakteristik des Schwingungstilgers 30, d.h. die Größe der Schwingungstilgungsmasse 50, die Gesamtfedersteifigkeit der Federanordnung 40 und die Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60, genau auf die konkreten konstruktiven Verhältnisse abzustimmen.
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Zu diesem Zweck ist die Schwingungstilgungsmasse 50 variabel ausgebildet, so dass sie selektiv vergrößert und verkleinert werden kann, ist die Federanordnung 40 derart ausgebildet, dass deren Gesamtfedersteifigkeit selektiv vergrößert und verkleinert werden kann, und ist die Dämpferanordnung 60 derart ausgebildet, dass deren Dämpfungswirkung selektiv vergrößert und verkleinert werden kann.
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Genauer können zum Vergrößern und Verkleinern der Schwingungstilgungsmasse 50 eine oder mehrere Metallplatten 51 der Schwingungstilgungsmasse 50 hinzugefügt bzw. von dieser entfernt werden oder durch Metallplatten 51 anderen Gewichts ersetzt werden. Zum Vergrößern und Verkleinern der Gesamtfedersteifigkeit der Federanordnung 40 können eine oder mehrere Schraubenfedern 41 der Federanordnung 40 hinzugefügt bzw. von dieser entfernt werden oder durch Schraubenfedern 41 anderer individueller Federsteifigkeit ersetzt werden. Zum Vergrößern und Verkleinern der Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60 können ein oder mehrere Dämpfer 61 der Dämpferanordnung 60 hinzugefügt werden oder kann eine nicht gezeigte Drossel des Dämpfers 61 verstellt werden.
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Abschließend ist zu 2 noch zu erwähnen, dass diese eine perspektivische Tranzparenzansicht zeigt, in der die Metallplatten 51 der Schwingungstilgungsmasse 50 transparent dargestellt sind, um die anderen Komponenten des Schwingungstilgers 30 besser ersichtlich zu machen. In Verbindung mit 1 lässt sich auch aus 2 die vertikale Anordnungsreihenfolge der Komponenten des Schwingungstilgers 30 nachvollziehen.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 eine Antriebseinrichtung 1' gemäß einer zweiten Ausführungsform beschrieben werden. Die Antriebseinrichtung 1' gemäß der zweiten Ausführungsform ist bis auf den Schwingungstilger identisch zu der Antriebseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildet. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede aufgezeigt und sind zur ersten Ausführungsform gleiche Komponenten der zweiten Ausführungsform mit den gleichen Bezugsziffern wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet.
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Genauer weist die Antriebseinrichtung 1' gemäß der zweiten Ausführungsform einen Schwingungstilger 30' auf, welcher eine Federanordnung 40', eine vom Antriebsmotor 10 und von der Motoraufnahme 20 separate Schwingungstilgungsmasse 50', eine Linearführung 35' für die Schwingungstilgungsmasse 50', eine Dämpferanordnung 60' zur Schwingungsdämpfung und eine Verbindungstraverse 32' umfasst.
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Die Federanordnung 40' weist eine Blattfeder 42' vorbestimmter Federsteifigkeit auf, die fest und schwingungsgekoppelt an dem untenliegenden Rahmenteil 20b der Motoraufnahme 20 angebracht ist, so dass lediglich die Längsenden der Blattfeder 42' auf dem Rahmenteil 20b aufliegen und daran z.B. mittels Schrauben 43' festgeklemmt sind und ein dazwischenliegender Teil der Blattfeder 42' frei innerhalb des Rahmenteils 20b vertikal bewegbar bzw. elastisch verformbar ist. Durch diese Konfiguration ist die Federanordnung 40' über die Motoraufnahme 20 mit dem Antriebsmotor 10 schwingungsgekoppelt, so dass sie die über die Antriebsbewegung des Antriebsmotors 10 erzeugten Betriebsschwingungen in elastischen Verformungen der Blattfeder 42' wiedergeben kann.
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Die Linearführung 35' weist mehrere (hier z.B. vier) Rundstäbe 37' auf, welche senkrecht stehend an die Blattfeder 42' der Federanordnung 40' angeschraubt sind.
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Die Schwingungstilgungsmasse 50' weist mehrere lösbar zu einem Plattenpaket bzw. Plattenstapel zusammengefasste Metallplatten 52' (hier z.B. zehn) auf, welche jeweils vier Bohrungen aufweisen, die in ihrem Anordnungsmuster jenem der Rundstäbe 37' der Linearführung 35' entsprechen und die jeweils einen Durchmesser haben, der geringfügig größer als ein Durchmesser der Rundstäbe 37' ist.
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Die Metallplatten 52' der Schwingungstilgungsmasse 50' sind mit ihren jeweiligen Bohrungen auf die Rundstäbe 37' der Linearführung 35' aufgeschoben, so dass sie den Plattenstapel bilden. In vorbestimmtem vertikalem Abstand zur Blattfeder 42' der Federanordnung 40' weist jeder der Rundstäbe 37' der Linearführung 35' einen Anschlag 38' auf, auf dem sich die Metallplatten 52' abstützen. Nach vertikal oben können sich die Metallplatten 52' jedoch frei entlang der Führung der Rundstäbe 37' bewegen.
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Somit ist die Schwingungstilgungsmasse 50' über die Anschläge 38' und die Rundstäbe 37' der Linearführung 35' mit der Federanordnung 40' verbunden. Zudem ist die Schwingungstilgungsmasse 50' durch die Linearführung 35' so gelagert, dass eine Bewegungsfreiheit der Schwingungstilgungsmasse 50' auf eine translatorische Bewegung beschränkt ist.
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Im Ergebnis ist die Schwingungstilgungsmasse 50' translatorisch beweglich durch die Linearführung 35' gelagert über die Linearführung 35', die Federanordnung 40' und die Motoraufnahme 20 mit dem Antriebsmotor 10 schwingungsgekoppelt, so dass die Betriebsschwingungen an die Schwingungstilgungsmasse 50' übertragbar sind, wobei die Schwingungstilgungsmasse 50' unter Wirkung der Federsteifigkeit der Blattfeder 42' der Federanordnung 40' in Schwingung versetzbar ist.
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Bevorzugt ist die Linearführung 35' wieder so ausgerichtet, dass die Schwingungstilgungsmasse 50' in der Hauptamplitudenrichtung (hier der Vertikalrichtung) der Betriebsschwingungen in translatorischer Bewegung schwingen kann.
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Die Verbindungstraverse 32' weist zwei gleichlange längliche Streben 32a' und zwei plattenartige Flansche 32b' auf, die an die entgegengesetzten jeweiligen Längsenden der Streben 32a' angeschweißt sind, so dass sie die Streben 32a' parallel zueinander ausgerichtet zu einem rechteckig rahmenförmigen Gebilde verbinden.
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Einer der Flansche 32b' der Verbindungstraverse 32' ist auf die oberste Metallplatte 52' der Schwingungstilgungsmasse 50' aufgeschraubt, so dass sich die Verbindungstraverse 32' vertikal aufrecht stehend nach oben in die Motoraufnahme 20 in Richtung zum Antriebsmotor 10 hin erstreckt. Der andere Flansch 32b' ist über die Dämpferanordnung 60' mit einer parallel zur Aufnahmefläche 20a verlaufenden unteren Aufnahmefläche 20c' der Deckenwandung der Motoraufnahme 20 verbunden.
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Genauer weist die in 5 näher dargestellte Dämpferanordnung 60' eine Mehrzahl (hier acht) von Elastomerdämpfern 62' auf, die zwischen dem oberen Flansch 32b' der Verbindungstraverse 32' und der unteren Aufnahmefläche 20c' der Deckenwandung der Motoraufnahme 20 angeordnet sind, wobei der obere Flansch 32b' über eine Mehrzahl (hier acht) von sich durch den oberen Flansch 32b' und die jeweiligen Elastomerdämpfer 62' hindurch erstreckenden Schrauben 63' an der unteren Aufnahmefläche 20c' mit der Deckenwandung der Motoraufnahme 20 verschraubt ist. Auf diese Weise können die Elastomerdämpfer 62' der Dämpferanordnung 60' die Schwingung (Tilgungsschwingung) der Schwingungstilgungsmasse 50' dämpfen.
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Im Fazit bildet auch die Antriebseinrichtung 1' gemäß der zweiten Ausführungsform einen Zweimassenschwinger, dessen Massen gegenläufige Relativschwingungen (Betriebsschwingung und Tilgungsschwingung) ausführen. Die Überlagerung der gegenläufigen Amplituden dieser Schwingungen führt zu einer Reduzierung der Schwingungsamplitude der Betriebsschwingung, wobei die Tilgungsschwingung der Schwingungstilgungsmasse 50' durch die Dämpferanordnung 60' bedämpft wird.
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Um eine optimale Verstimmung des Schwingungstilgers 30' bzw. der Tilgungsschwingung gegenüber dem die Betriebsschwingung erzeugenden Massensystem (hier Antriebsmotor und Ventilatorrad) und damit eine optimale Reduzierung der Schwingungsamplitude der Betriebsschwingung zu erreichen, ist es vorteilhaft, die vorab per Berechnungsmodell bestimmte Schwingungscharakteristik des Schwingungstilgers 30', d.h. die Größe der Schwingungstilgungsmasse 50', die Federsteifigkeit der Federanordnung 40' und die Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60', genau auf die konkreten konstruktiven Verhältnisse abzustimmen.
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Zu diesem Zweck ist es wieder vorgesehen, dass die Schwingungstilgungsmasse 50' variabel ausgebildet ist, so dass sie selektiv vergrößert und verkleinert werden kann, die Federanordnung 40' derart ausgebildet ist, dass deren Gesamtfedersteifigkeit selektiv vergrößert und verkleinert werden kann, und die Dämpferanordnung 60' derart ausgebildet ist, dass deren Dämpfungswirkung selektiv vergrößert und verkleinert werden kann.
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Genauer können zum Vergrößern und Verkleinern der Schwingungstilgungsmasse 50' eine oder mehrere Metallplatten 52' der Schwingungstilgungsmasse 50' hinzugefügt bzw. von dieser entfernt werden oder durch Metallplatten 52' anderen Gewichts ersetzt werden. Zum Vergrößern und Verkleinern der Federsteifigkeit der Federanordnung 40' können eine oder mehrere Blattfedern 42' der Federanordnung 40' hinzugefügt werden oder kann die Blattfeder 42' durch eine Blattfeder 42' anderer Federsteifigkeit ersetzt werden. Zum Vergrößern und Verkleinern der Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60' können ein oder mehrere Elastomerdämpfer 62' der Dämpferanordnung 60' hinzugefügt werden bzw. von dieser entfernt werden oder durch Elastomerdämpfer 62' anderer Dämpfungswirkung ersetzt werden.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 6 eine Antriebseinrichtung 1" gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Die Antriebseinrichtung 1" gemäß der Ausführungsform der Erfindung ist bis auf den Schwingungstilger identisch zu der Antriebseinrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform und identisch zu der Antriebseinrichtung 1' gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildet. Daher werden im Folgenden nur die Unterschiede aufgezeigt und sind zur ersten Ausführungsform und zur zweiten Ausführungsform gleiche Komponenten der Ausführungsform der Erfindung mit den gleichen Bezugsziffern wie in der ersten Ausführungsform bzw. der zweiten Ausführungsform bezeichnet.
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Genauer weist die Antriebseinrichtung 1" gemäß der Ausführungsform der Erfindung einen Schwingungstilger 30" auf, welcher bis auf ein Weglassen der Verbindungstraverse und eine geänderte Anordnung und Ausgestaltung der Dämpferanordnung identisch zu dem Schwingungstilger 30' gemäß der zweiten Ausführungsform ausgebildet ist.
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Der Schwingungstilger 30" gemäß der Ausführungsform der Erfindung weist somit die Federanordnung 40', die vom Antriebsmotor 10 und von der Motoraufnahme 20 separate Schwingungstilgungsmasse 50', die Linearführung 35' für die Schwingungstilgungsmasse 50' und eine Dämpferanordnung 60" zur Schwingungsdämpfung auf. Im Unterschied zur zweiten Ausführungsform weist bei dem Schwingungstilger 30" gemäß der Ausführungsform der Erfindung die Dämpferanordnung 60" nur einen einzigen Elastomerdämpfer 64" auf, welcher in etwa mittig der Länge der Blattfeder 42' der Federanordnung 40' und der Metallplatten 52' der Schwingungstilgungsmasse 50' zwischen der Blattfeder 42' und einer untersten der Metallplatten 52' angeordnet auf die Blattfeder 42' aufgeschraubt ist und an der untersten der Metallplatten 52' anliegt.
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Mit anderen Worten sind die Federanordnung 40' und die Dämpferanordnung 60" schwingungstechnisch in Reihe geschaltet, wobei die Federanordnung 40' und die Dämpferanordnung 60" direkt miteinander verbunden sind, so dass die Dämpferanordnung 60" sich zwischen der Schwingungstilgungsmasse 50' und der Federanordnung 40' befindend die Schwingungstilgungsmasse 50' mit der Federanordnung 40' verbindet.
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Im Ergebnis ist die Schwingungstilgungsmasse 50' translatorisch beweglich durch die Linearführung 35' gelagert über die Dämpferanordnung 60" (die Anschläge 38' können hier ggf. weggelassen sein), die Federanordnung 40' und die Motoraufnahme 20 mit dem Antriebsmotor 10 schwingungsgekoppelt, so dass die Betriebsschwingungen an die Schwingungstilgungsmasse 50' übertragbar sind, wobei die Schwingungstilgungsmasse 50' unter Wirkung der Federsteifigkeit der Blattfeder 42' der Federanordnung 40' in Schwingung versetzbar ist. Da in diesem Falle die Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60" zwischengeschaltet ist, lassen sich vorteilhaft zusätzlich Oberwellen der Betriebsschwingung reduzieren.
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Im Fazit bildet auch die Antriebseinrichtung 1" gemäß der Ausführungsform der Erfindung einen Zweimassenschwinger, dessen Massen gegenläufige Relativschwingungen (Betriebsschwingung und Tilgungsschwingung) ausführen. Die Überlagerung der gegenläufigen Amplituden dieser Schwingungen führt zu einer Reduzierung der Schwingungsamplitude der Betriebsschwingung, wobei die Tilgungsschwingung der Schwingungstilgungsmasse 50' durch die Dämpferanordnung 60" bedämpft wird und zusätzlich Oberwellen der Betriebsschwingung reduziert werden.
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Um eine optimale Verstimmung des Schwingungstilgers 30" bzw. der Tilgungsschwingung gegenüber dem die Betriebsschwingung erzeugenden Massensystem (hier Antriebsmotor und Ventilatorrad) und damit eine optimale Reduzierung der Schwingungsamplitude der Betriebsschwingung zu erreichen, ist es vorteilhaft, die vorab per Berechnungsmodell bestimmte Schwingungscharakteristik des Schwingungstilgers 30", d.h. die Größe der Schwingungstilgungsmasse 50', die Federsteifigkeit der Federanordnung 40' und die Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60", genau auf die konkreten konstruktiven Verhältnisse abzustimmen.
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Zu diesem Zweck ist es wieder vorgesehen, dass neben der Schwingungstilgungsmasse 50' und der Federanordnung 40' auch die Dämpferanordnung 60" variabel ausgebildet ist, so dass die Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60" selektiv vergrößert und verkleinert werden kann. Genauer können zum Vergrößern und Verkleinern der Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60" ein oder mehrere Elastomerdämpfer 64" der Dämpferanordnung 60" hinzugefügt werden oder kann der einzige Elastomerdämpfer 64" durch einen Elastomerdämpfer 64" anderer Dämpfungswirkung ersetzt werden.
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In Versuchen hat sich jedoch herausgestellt, dass die längenmäßig mittige Anordnung eines einzigen Elastomerdämpfers 64" besonders vorteilhaft hinsichtlich der Schwingungstilgung ist, da hier die Last der Schwingungstilgungsmasse 50' relativ konzentriert in etwa mittig und damit mit größtem Hebelarm auf die Blattfeder 42' aufgebracht wird und damit mit größter Wirksamkeit ein elastisches Durchfedern der Blattfeder 42' und somit die Tilgungsschwingung befördern kann. Somit ist bei der Ausführungsform der Erfindung zum Vergrößern und Verkleinern der Dämpfungswirkung der Dämpferanordnung 60" ein Ersetzen des einzigen Elastomerdämpfers 64" durch einen Elastomerdämpfer 64" anderer Dämpfungswirkung bevorzugt.
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Zusammenfassend weisen die wie oben beschriebenen Antriebseinrichtungen 1, 1', 1" durch auch aufseiten des Antriebsmotors 10 wirksame Reduzierung der Betriebsschwingungen jeweils einen reduzierten Wartungsaufwand auf. Genauer wird einerseits der Verschleiß aller dynamisch belasteten mechanischen Bauteile erheblich reduziert und verlängern sich die Wartungszyklen (Abreinigung, Wuchten) bis zum Erreichen eines kritischen Schwingwertes. Andererseits wird es durch die mittels des Schwingungstilgers 30, 30', 30" auch aufseiten des Antriebsmotors 10 erreichte Reduzierung der Amplitude der Betriebsschwingung möglich, optimierte und nominal instabilere Ventilatorräder zu verwenden und damit den Kostenaufwand zu senken. D.h., durch die Schwingungsreduzierung können Ventilatorräder geringerer Masse und mit größerer Effizienz (mehr Volumenstrom bei gleicher Drehzahl) eingesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1; 1'; 1"
- Antriebseinrichtung
- 2
- Elastomerdämpfer
- 3
- Bodensockel
- 10
- Antriebsmotor
- 10a
- Motorfuß
- 20
- Motoraufnahme
- 20a
- Aufnahmefläche
- 20b
- Rahmenteil
- 20c'
- Aufnahmefläche
- 30; 30'; 30"
- Schwingungstilger
- 31
- Befestigungskonsole
- 32'
- Verbindungstraverse
- 32a'
- Strebe
- 32b'
- Flansch
- 35; 35'
- Linearführung
- 36
- Führungsleiste
- 37'
- Rundstab
- 38'
- Anschlag
- 40; 40'
- Federanordnung
- 41
- Schraubenfeder
- 42'
- Blattfeder
- 43'
- Schraube
- 50; 50'
- Schwingungstilgungsmasse
- 51
- Metallplatte
- 52'
- Metallplatte
- 60; 60'; 60"
- Dämpferanordnung
- 61
- hydraulischer Dämpfer
- 62'
- Elastomerdämpfer
- 63'
- Schraube
- 64"
- Elastomerdämpfer
