Schwingungstechnik im Automobilbau: Dämpfer und Tilger

Sicher und komfortabel

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Im Fahrzeugbau treten trotz moderner Inge-nieurleistungen in der Konstruktionsphase während des Fahrbetriebs Schwingungen und Vibrationen auf , die sich akustisch, sichtbar oder auch spürbar auf die Passagiere bemerkbar machen. Dies und die negativen Auswirkungen auf das Fahrzeugmaterial gilt es durch gezielten Einsatz von Dämpfern und Tilgern zu eliminieren oder zu unterdrücken.

Dieser Beitrag wurde nach Unterlagen der Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik KG, Geschäftsbereich Schwingungstechnik Automobil von Matthias Boehme zusammengestellt

Torsionsdämpfer
Die Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik KG entwickelt und fertigt in seinen verschiedenen Leadcentern des Geschäftsbereichs Schwingungstechnik Automobil in Neuenburg in enger Kooperation mit den Motoren- und Fahrzeugherstellern u.a. entsprechende Dämpfer und Tilger, die optimal auf die jeweiligen Gegebenheiten angepaßt sind.
Die Anfälligkeit für Torsionsschwingungen wird durch lange Riementriebe und kompakte Motorbauweisen erhöht. Freudenberg Dichtungs- und Schwingungstechnik simuliert hierzu ein komplettes Antriebs- und Riementriebsystem.
Auf diese Weise lassen sich in einem sehr frühen Entwicklungsstadium bereits Vorhersagen zu den Systemeigenschaften machen.
Der Einfluß der schwingungstechnischen Bauteile auf die Systemeigenschaften ist präzisierbar und für die Erprobungsphase beim Fahrzeughersteller können optimierte Komponenten bereitgestellt werden.
nGebundene Torsionsschwingungsdämpfer
In gebundenen Torsionsschwingungsdämpfern sind Riemenscheibe und Nabe durch eine vulkanisierte Gummischicht miteinander verbunden, wobei die Riemenscheibe die Trägheitsmasse und die Gummischicht das Feder-Dämpfungselement bilden.
Mit diesen Dämpfern werden hohe Anforderungen an die thermische Belastbarkeit, die Dämpfung, den Rundlauf erfüllbar und die Akustik wird positiv beeinflußt.
Eingepreßte Torsionsschwingungsdämpfer
Für reduzierte Anforderungen an Dämpfung und Rundlauf kommt der kostengünstigere, eingepreßte Torsionsschwingungsdämpfer zum Einsatz.
Hier wird zwischen Riemenscheibe und Nabe ein zuvor vulkanisierter Gummiring eingepreßt, der das Feder-Dämpfungselement bildet.
Der gegenüber dem Einvulkanisieren niedrigere Fertigungsaufwand schlägt sich in einer Kostenoptimierung nieder.
Torsionsschwingungstilger
Für Getriebeabtriebswellen, Flanschverbindungen zu Kardanwellen und auch für Nockenwellenantriebe wurde der Torsionsschwingungstilger entwickelt. Optimale Dämpfung und ein exakter Rundlauf sind die Randbedingungen, unter denen diese Tilger arbeiten. Erhöhte Anforderungen an Torsionsschwingungstilger hinsichtlich Beständigkeit gegen höhere Temperaturen und Motorenöle stellen Nockenwellenantriebe. Freudenberg bietet hierfür speziell entwickelte Elastomere an.
Torsionsschwingungsdämpfer mit integrierter, entkoppelter Riemenscheibe
Durch die zahlreichen Neben- und Hilfsaggregate wie Servolenkung oder Klimaanlage ist in den letzten Jahren der Riementrieb bei nahezu allen Motoren sehr lang geworden.
Dadurch ist dieses System auch für Resonanzen, die durch den Motor angeregt werden, anfälliger.
Eine der neuesten Entwicklungen von Freudenberg Dichtungs- und Schwing-ungstechnik ermöglicht eine völlige schwingungstechnische Entkopplung des Riementriebs von der Kurbelwelle.
Um die Schwingungsentkopplung im gesamten Drehzahlbereich zu erzielen, ist die Riemenscheibe über ein hochelastisches Elastomerteil mit der Kurbelwelle verbunden. Der Torsionsschwingungsdämpfer in der entkoppelten Riemenscheibe reduziert die Kurbelwellenschwingungen, die üblicherweise oberhalb von 150 Hz liegen.
Die Riemenscheibenentkopplung verschiebt die Resonanzdrehzahl des Riementriebs unterhalb die Leerlaufdrehzahl des Motors und reduziert damit die Schwingungsamplituden der Nebenaggregate.
Lineartilger für mehr Komfort
Schwingungen als akustisch wahrnehmbare Geräusche, Klappern und Quietschen oder auch als spürbare und sichtbare Vibrationen in Lenkrad, Rückspiegeln oder Innenverkleidungen sind quer durch alle Modellreihen inakzeptabel.
Mit passiven oder aktiven Lineartilgern können solche Resonanzen gezielt und wirkungsvoll unterdrückt werden.
Der passive Lineartilger ist ein schwingendes System, das durch die störende Resonanzfrequenz angeregt wird und auf diese Weise durch die so verursachte Eigenschwingung die Resonanzamplitude kappt.
Ein solcher Tilger besteht im Prinzip aus einer schwingenden Masse und einer gummielastischen Feder, wobei die Größe der Masse durch die Resonanzparameter vorgegeben ist.
Diese kann mehrere Kilogramm betragen.
Otto- und Dieselmotoren mit unterschiedlichster Zylinderzahl sind Quellen von periodischen Schwingungen und Vibrationen.
Diese Schwingungen variieren allerdings je nach Drehzahl und Last in einem weiten Frequenz- und Amplitudenband.
Zur gezielten Kompensation dieser Schwingungen wurde der aktive Lineartilger entwickelt. Damit werden Fahrqualität, Komfort und so auch die Sicherheit deutlich verbessert.
In Fällen mit dominantem Körperschallpfad werden die Schwingungen bereits an der Körperschalleinleitungsstelle mittels der aktiven Tilger karosserieseitig beruhigt.
So kann sich der Körperschall nicht in der Karosserie ausbreiten.
Zur Kompensation dieser störenden Schwingung wird eine Kraft erzeugt, die der Erregung durch den Motor in Betrag und Phase entgegen gerichtet ist.
Ein Beschleunigungssensor ermittelt fortlaufend an der zu beruhigenden Stelle die dort vorliegenden Schwingungsamplituden.
In einem Steuergerät wird unter Einbeziehung der Drehzahl im geschlossenen Regelkreis diese Kompensationskraft ermittelt. Mit dem linearen Schwingungstilger wird diese gezielt eingeleitet.
Schwingungen im Fahrwerk reduzieren
Schwingungen, die von der Fahrbahn angeregt auf ein Fahrzeug übertragen werden, müssen nachhaltig reduziert werden, um Fahrsicherheit zu gewährleisten und Komfort zu erhöhen. Diese Aufgabe übernehmen speziell darauf abgestimmte Fahrwerkteile.
Eine der neuesten Entwicklungen auf diesem Gebiet sind Antriebswellenlager mit einvulkanisierten Rillenkugellagern. Im Leadcenter Fahrwerkteile in Neuenburg ist ein Kardanwellenlager entwickelt, in das das Kugellager bereits fest einvulkanisiert ist und die Sitzfläche der Kardanwelle im Kugellager mit einer gummielastischen Schicht Toleranzen ausgleicht. Freudenberg liefert ein komplettes Bauteil inklusive Lager. Das Schleifen des Lagersitzes entfällt. Mit einem neuartigen Fertigungsverfahren ist es in Neuenburg heute möglich, die dauergeschmierten Lager so zu behandeln, daß einerseits die Lagerbefettung durch die Vulkanisation nicht beeinträchtigt wird. Durch spezielle Lagerdichtungen wird andererseits eine Verschmutzung des Vulkanisationswerkzeuges mit Lagerfett ausgeschlossen.
Schaltbare Motorlager
Motorlager übernehmen neben der statischen Aggregatlast auch dynamische Zusatzlasten und müssen eine sichere akustische Entkopplung des Motors gewährleisten. Mit dem geschalteten, hydraulisch dämpfenden Motorlager ist in Neuenburg ein Entwicklungsschritt gelungen, mit dem bereits im Leerlaufbetrieb eine weit bessere akustische Entkopplung möglich wird.
Die Zusatzdämpfung aus dem „Glykoltilger“ wird im Leerlaufbetrieb abgeschaltet. Damit wird eine noch bessere akustische Entkopplung im Leerlauf – vor allem bei Direkteinspritzer-Dieselmotoren – erreicht. Die Schaltung des Lagers erfolgt über den Unterdruck, der bei Leerlaufdrehzahl in entsprechender Höhe für den Umschaltvorgang bereitsteht.
Bei den Torsionsdämpfer werden angeboten:
n gebundene Torsionsschwingungsdämpfer
n eingepreßte Torsionsschwingungsdämpfer
n Torsionsschwingungstilger und
n Torsionsschwingungsdämpfer mit entkoppelter Riemenscheibe
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