DE202006008811U1

DE202006008811U1 - Schwingungstilger

Info

Publication number: DE202006008811U1
Application number: DE200620008811
Authority: DE
Original assignee: IWKA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Current assignee: BOA Balg und Kompensatoren Technologie GmbH
Priority date: 2006-06-03
Filing date: 2006-06-03
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2016-06-04

Abstract

Schwingungstilger (1), insbesondere für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tilgermasse (2) über mindestens ein gedämpft-federndes Drahtelement (3) mittelbar oder unmittelbar gegen das zu bedämpfende Abgasbauteil (4) abstützt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingungstilger, insbesondere für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges.

Das Prinzip eines Schwingungstilgers beruht im Wesentlichen darauf, dass ein zu bedämpfendes erstes Schwingungssystem, im vorliegenden Fall eine Abgasanlage, mit einem zweiten Feder-Masse-Systen gekoppelt wird, wobei dieses zweite System durch die geeignete Wahl der Federkonstante und Tilgermasse so abgestimmt wird, dass die Zwangsschwingungen des Tilgersystems gegenphasig zur Erregerschwingung des ersten Schwingungssystem schwingt und auf diese Weise eine Reduzierung der Schwingungsamplitude des ersten Systems bewirkt. Bei optimaler Auslegung des Tilgersystems lässt sich auf diese Weise die Schwingungsamplitude des ersten Systems in einem bestimmten Frequenzbereich auf ein Minimum reduzieren, im Idealfall sogar ganz eliminieren.

Derartige Schwingungstilger gibt es in vielen Bereichen der Technik, wobei ihre Ausgestaltungen von den zu bedämpfenden Schwingungssystemen und vor allem von den zu bedämpfenden Freiheitsgraden abhängig sind.

So ist das Tilgerprinzip sowohl auf translatorische wie auch auf rotatorische Freiheitsgrade anwendbar, wobei die aus den Druckschriften DE 1 018 731 C2 und DE 195 24 948 A1 bekannten Schwingungstilger im wesentlichen nur auf eine einachsige translatorische Bewegung beschränkt sind, wenn man von der möglichen Taumelbewegung der Tilgermasse der letztgenannten Druckschrift einmal absieht. Dies ist von Nachteil, wenn die zu bedämpfende Schwingung nicht ausschließlich translatorisch in einer Richtung auftritt.

Ein weiterer Nachteil dieser beiden Schwingungstilger besteht in ihrem relativ komplizierten Aufbau. Beide Schwingungstilger haben die gleiche Bauweise, bei der die Tilgermasse entlang einer Achse gleitbeweglich zwischen Spiral- bzw. Tellerfedern geführt ist. Diese Bauart erfordert einen großen Aufwand in der mechanischen Bearbeitung der Einzelteile, die den Schwingungstilger teuer und unwirtschaftlich machen. Des Weiteren ist eine zweiachsige Schwingungstilgung mit diesen Ausführungen nicht möglich.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Schwingungstilger zu schaffen, der sich sowohl durch seinen einfachen Aufbau als auch durch eine mehrdimensionale Tilgungswirkung vom Stand der Technik unterscheidet. Des Weiteren besitzt der erfindungsgemäße Schwingungstilger eine gute Bedämpfung und ist auch bei höheren Temperaturen, wie sie bei Abgasanlagen vorkommen, einsetzbar.

Die Aufgabe zur Schaffung eines einfach aufgebauten Schwingungstilgers mit mehrdimensionaler Tilgungswirkung wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass sich die Tilgermasse über mindestens ein gedämpft-federndes Drahtelement mittelbar oder unmittelbar gegen das zu bedämpfende Abgasbauteil, z. B. das Abgasrohr eines Kraftfahrzeuges, abstützt.

Bei dem Drahtelement handelt es sich um ein bekanntes, hochwirksames Drahtkissen aus verpresstem Metalldraht, wie aus verpresstem Drahtgewebe, aus Drahtgitter, Drahtgewirke oder dergleichen, das unter allen Bedingungen nach Auslenkung aus seiner unbelasteten Form durch einwirkende Kräfte stark gedämpft in seine Ruhelage zurückkehrt. Ferner erlaubt der bei den an der Abgasanlage auftretenden Temperaturen thermisch völlig unempfindliche Kissenwerkstoff das Tilgersystem an einer Stelle der Abgasanlage zu platzieren, wo es aus schwingungstechnischer Sicht besonders wirkungsvoll ist.

Durch den Einsatz eines Drahtelementes, das z. B. in Form eines ringförmigen Drahtkissens wie ein elastisches Kontinuum in mehreren Richtungen sowohl dämpfende als auch federnde Eigenschaften besitzt, wurde es möglich, die zu bedämpfende Schwingungsbewegung auf mehrere Koordinatenachsen auszudehnen.

In bevorzugter Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Tilgermasse in Form eines Ringes rotationssymmetrisch zur Längsachse (x-Achse) des Abgasbauteils, z. B. des Abgasrohres, angeordnet ist und sich über ein ebenfalls ringförmiges Drahtkissen aus verpresstem Metalldraht radial und/oder axial gegen das Abgasbauteil abstützt. So führt eine Schwingbewegung des Abgasbauteils in der y-z-Ebene, d.h. in Querrichtung zur Fahrzeuglängsachse (x-Achse), zu einer im wesentlichen in Richtung der Schwingbewegung wirkenden Verformung des Drahtkissens, wodurch sowohl radiale wie auch in Umfangsrichtung des Kissens gerichtete Verformungen entstehen. Die Tilgermasse ihrerseits liefert durch ihre Massenträgheit die Reaktionskräfte, die zur Verformung des Drahtkissens erforderlich sind. Bei optimaler Abstimmung des Tilgersystems schwingt die Tilgermasse gegenphasig zur Bewegung des Abgasbauteils, wobei dann eine maximale Dämpfungswirkung durch die maximale Komprimierung des Kissens entsteht. Die Charakteristik des Schwingungstilgers ist für alle Schwingbewegungen in der y-z-Ebene praktisch gleich. Ein geringer Einfluss übt die Gewichtskraft der Tigermasse in negativer z-Richtung aus, die eine statische Vorpressung des Kissens verursacht, die aber nur unwesentlich auf die Tilgerwirkung Einfluss nimmt.

Bei einer axialen in Längsrichtung verlaufenden Schwingbewegung (x-Richtung) wird das ringförmige Drahtkissen über die Anschlagringe einer rotationssymmetrischen Scherbeanspruchung ausgesetzt, wobei die Trägheit der Tilgermasse gleichmäßig am Umfang die erforderlichen Reaktionskräfte entgegensetzt, deren Übertragung durch ein formschlüssiges Umgreifen des Drahtkissens durch die Tilgermasse ermöglicht wird. Die Charakteristik des Tilgersystems in axialer Richtung ist aufgrund der unterschiedlichen Federsteifigkeit des Drahtkissen bei Scherbeanspruchung gegenüber der zuvor beschriebene radialen Verformung unterschiedlich. Es lassen sich auf diese Weise unterschiedliche Abstimmungen des Tilgersystems in den unterschiedlichen Schwingungsrichtungen vornehmen.

Soll die zuvor beschriebene Ausgestaltung nachträglich an eine bereits zusammengebaute Abgasanlage montiert werden, so wird sie dahingehend modifiziert, dass die Tilgermasse aus zwei form- oder stoffschlüssig verbundenen Halbringen besteht, die die ebenfalls aus mindestens zwei Segmenten bestehenden Drahtkissen ringförmig umgreift. Ein so aufgebauter Schwingungstilger unterscheidet sich in seiner Tilgercharakteristik nur unwesentlich von dem zuvor beschriebenen mit einteiligem, ringförmigem Drahtkissen.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Tilgermasse als Stahlring im Innern eines ringförmigen Drahtkissens eingebettet ist, das seinerseits unmittelbar auf der Außenseite des Abgasbauteiles angeordnet und gegebenenfalls in axialer Richtung beidseitig durch ringförmige Anschläge gegen dieses abgestützt ist. Die Funktionsweise dieser Ausführung ist im Wesentlichen identisch mit der zuvor beschriebenen, bei der die Tilgermasse das Kissen von Außen umgreift. Der besondere Vorteil dieser Ausführung liegt in der sehr kompakten Bauweise.

In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass mindestens ein mit dem Abgasbauteil form- oder stoffschlüssig verbundener, radial zur Längsachse (x) angeordneter Stößel von einem topfförmigen Gehäuse, das als Tilgermasse dient, umgeben ist und zwischen Stößel und Gehäuse ein oder mehrere Drahtkissen derart angeordnet sind, dass sich das Gehäuse relativ zum Stößel allseitig bewegen kann.

Bei dieser Bauform ist die Tilgerwirkung bevorzugt auf eine Translationsbewegung in Richtung der Stößelachse ausgelegt, wobei jedoch bei entsprechender Ausgestaltung des Stößelkopfes sowie der Drahtkissen und Gehäuseform auch Bewegungen quer zur Stößelachse möglich. Diese Ausführung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn aus Platzgründen eine rotationssymmetrische Anordnung der Tilgermasse nicht möglich ist oder nur eine geringe Tilgermasse hinsichtlich der auslegungsspezifischen Anforderungen erforderlich ist.

Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung, in der drei Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im einzelnen erläutert sind.

Dabei zeigt:
1a eine geschnittene Seitenansicht eines Schwingungstilgers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
1b die Vorderansicht des Schwingungstilgers gemäß 1a mit geschnittenem Abgasbauteil (Rohr).
2 die Seitenansicht eines Schwingungstilgers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispieles der Erfindung im Halbschnitt.
3 die Seitenansicht eines Schwingungstilgers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Halbschnitt.
Beim erfindungsgemäßen Schwingungstilger 1 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung nach 1a, ist die Tilgermasse 2 sowie das Drahtkissen 3 ringförmig um das Abgasbauteil angeordnet, das im vorliegenden Beispiel aus dem Abgasrohr 4 besteht. Das Drahtkissen 3 sitzt unmittelbar auf der Außenseite des Abgasrohres 4 und wird durch zwei Anschlagringe 5.1 und 5.2 in axialer Richtung festgelegt, wobei diese stoffschlüssig mit dem Abgasrohr 4 verbunden sind. Die ringförmige Tilgermasse 2 umgreift von außen formschlüssig das Drahtkissen 3, wobei die Ringbunde 8.1 und 8.2 die axiale Fixierung übernehmen.
Bei Schwingbewegungen in der y-z-Ebene, d.h. in Querrichtung zur Fahrzeuglängsachse, wird das Drahtkissen 3 vom Abgasrohr 4 radial in Schwingungsrichtung relativ zur Tilgermasse komprimiert und auf der gegenüberliegenden Seite entlastet, wo sich das Abgasrohr relativ zum Drahtkissen vom diesem entfernt. Bei einer optimalen Auslegung der Feder-Masse-Verhältnisse des Schwingungstilgers bewegt sich die Tilgermasse gegenphasig zur Schwingung des Abgasbauteils. Bei einer Bewegung des Abgasrohres, z. B. in die positive z-Richtung, bewegt sich die Tilgermasse in die negative z-Richtung und erzeugt auf diese Weise eine maximale Verdichtung des Drahtkissens in der 12 Uhr Stellung. Auf der Gegenseite, in der 6 Uhr Lage, entfernen sich die beiden Bauteile voneinander und entlasten hierbei das Drahtkissen. Eine halbe Periode später haben sich die Schwingrichtungen des Abgasrohres und der Tilgermasse umgekehrt und die maximale Verdichtung des Drahtkissens findet nun in der 6 Uhr Stellung statt, wo wiederum eine schwingungsbedämfende Rückstellkraft auf das Abgasrohr ausgeübt wird.
Schwingt das Abgasrohr in Richtung der Rohrlängsachse (x-Richtung), so erfährt das Drahtkissen, bei wiederum gegenphasiger Schwingbewegung der Tigermasse, eine rotationssymmetrische Scherbeanspruchung, die eine rückstellende und bedämpfende Wirkung auf das Abgasbauteil ausübt. Die Scherkräfte werden je nach Bewegungsrichtung von den mit dem Abgasrohr 4 verbundenen Anschlägen 5.1 und 5.2 auf das Drahtkissen 3 übertragen. Die von der Tilgermasse ausgeübten Reaktionskräfte werden je nach Bewegungsrichtung über die Ringbunde 8.1 bzw. 8.2 auf das Drahtkissen übertragen.
In 1b ist die Seitenansicht des ersten Ausführungsbeispieles gemäß 1a mit geschnittenem Abgasbauteil 4 (Rohr) dargestellt. Man erkennt die ringförmige Tilgermasse 2, die das ebenfalls ringförmige Drahtkissen 3 von außen umgreift, das unmittelbar auf dem Abgasrohr 4 angeordnet ist und vom Anschlagring 5.2 in der positiven x-Richtung axial festgelegt wird. Der Anschlagring 5.2 ist seinerseits mit dem Abgasrohr 4 stoffschlüssig mittels einer einseitigen Kehlnaht verbunden.
Die 2 zeigt die Seitenansicht eines Schwingungstilgers 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispieles im Halbschnitt. Der wesentliche Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel bezieht sich auf die Lage und Ausführung der Tilgermasse, die bei dieser Bauform als Stahlring im Innern des ringförmigen Drahtkissens eingebettet ist, das seinerseits unmittelbar auf der Außenseite des Abgasbauteiles angeordnet ist. Der Vorteil dieser Bauart liegt in der kompakten Bauweise und ist insbesondere dann anwendbar, wenn für die Schwingungstilgung nur eine geringe Tilgermasse notwendig ist. Die sonstige Funktionsweise dieser Bauart ist identisch mit der in 1a dargestellten.
In 3 ist die Seitenansicht eines Schwingungstilgers gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung im Halbschnitt dargestellt. Während bei den Ausführungsbeispielen der 1 und 2 eine zur x-Achse rotationssymmetrische Bauweise realisiert wurde, handelt es sich nun um einen lokal am Umfang des Abgasbauteils angeordneten Schwingungstilger, dessen bevorzugte Tilgungswirkung mit der Richtung der radial angeordneten Stößelachse zusammenfällt, die im vorliegenden Beispiel von der z-Achse gebildet wird. Der radial zur Längsachse (x) angeordnete Stößel 6 ist mit der Außenseite des Abgasbauteiles 4 verschweißt. Zwischen dem Stößelkopf und dem Gehäuse i sind zwei Drahtkissen 3 derart angeordnet, dass sich das Gehäuse 7 relativ zum Stößel 6 allseitig im Rahmen der Kissenflexibilität bewegen kann. Die Hauptbewegungsrichtung ist bei dieser Bauform die z-Achse, wobei aber auch Bewegungen quer zu dieser möglich sind. Je nach aufzunehmender Bewegungsrichtung kann die Form der Drahtkissen, des Gehäuses sowie der Kopf des Stößels entsprechend angepasst werden, damit die gewünschten Feder-Dämpfer-Eigenschaften realisiert werden können. Bei korrosiver Umgebung ist es zweckmäßig, das Gehäuse topfartig mit nur einer Öffnung für den Fuß des Stößels 6 vorzusehen und das Drahtkissen eng am Stößelfuß anliegen zu lassen, damit es eine zusätzliche Abdichtfunktion gegenüber Schmutz und Steinen ausübt.
Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern es sind vielfältige Gestaltungen und Anordnungen der Verbindungsteile, Drahtkissen und Tilgermassen im Rahmen der vorliegenden Ansprüche möglich.

1: Schwingungstilger
2: Tilgermasse
3: Drahtelement, Drahtkissen
4: Abgasbauteil (Abgasrohr)
5: Anschläge (5.1, 5.2)
6: Stößel
7: Gehäuse (Tilgermasse)
8: Bund (8.1, 8.2)
x: x-Achse, Fahrzeuglängsachse
y: y-Achse, Querrichtung
z: z-Achse, Vertikalrichtung

Claims

Schwingungstilger (1), insbesondere für eine Abgasanlage eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Tilgermasse (2) über mindestens ein gedämpft-federndes Drahtelement (3) mittelbar oder unmittelbar gegen das zu bedämpfende Abgasbauteil (4) abstützt.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (2) in Form eines Ringes rotationssymmetrisch zur Längsachse(x) des Abgasbauteils (4), z. B. des Abgasrohres, angeordnet ist und sich über ein ebenfalls ringförmiges Drahtkissen (3) aus verpresstem Metalldraht radial und/oder axial gegen das Abgasbauteil (4) abstützt.
Schwingungstilger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtelement in Form eines Drahtkissens (3) in Bezug auf Zug-, Druck- und Scherbelastungen federelastische und dämpfende Eigenschaften besitzt.
Schwingungstilger nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmige Tilgermasse (2) das Drahtkissen (3) radial und axial formschlüssig umgreift.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (2) aus zwei form- oder stoffschlüssig verbundenen Halbringen besteht, die die ebenfalls aus mindestens zwei Segmenten bestehenden Drahtkissen (3) ringförmig umgreifen.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tilgermasse (2) als Stahlring im Innern eines ringförmigen Drahtkissens (3) eingebettet ist, das unmittelbar auf der Außenseite des Abgasbauteiles (4) angeordnet ist.
Schwingungstilger nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass das Drahtkissen (3) in axialer Richtung(x) beidseitig durch ringförmige Anschläge gegen das Abgasbauteil (4) abgestützt ist.
Schwingungstilger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein mit dem Abgasbauteil (4) form- oder stoffschlüssig verbundener, radial zur Längsachse(x) angeordneter Stößel (6) von einem topfförmigen Gehäuse (7), das als Tilgermasse (2) dient, umgeben ist und zwischen Stößel (6) und Gehäuse (7) ein oder mehrere Drahtkissen (3) derart angeordnet sind, dass sich das Gehäuse (7) relativ zum Stößel (6) allseitig bewegen kann.