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Die
Erfindung betrifft ein Antriebsaggregat für ein Fahrzeug,
mit einem Motor und einem Getriebe, welche an der Karosserie des
Fahrzeugs gelagert sind, und einer zwischen dem Motor und dem Getriebe
angeordneten Verbindungseinheit mit einer sich zumindest bereichsweise
in einem Rohr erstreckenden Antriebswelle und einem Dämpfungselement, welches
mit dem Rohr verbunden ist.
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Ein
derartiges Antriebsaggregat ist aus der
WO 92/13734 bekannt.
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Um
Schwingungen des Motors, welche durch unausgeglichene Massenkräfte
und Massenmomente hervorgerufen werden, zum übrigen Antriebsaggregat
abkoppeln zu können, ist dort vorgesehen, dass der Motor über
eine in Abhängigkeit von Hauptanregungsrichtungen des Motors
abstimmbare Abkoppelungseinrichtung mit der restlichen Antriebseinheit
verbunden ist.
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Die
Abkoppelungseinrichtung kann ein Verbindungsgelenk, insbesondere
ein Kreuzgelenk, ein Rundschnurring oder ein freiliegendes Elastomer-Formteil
sein oder kann als flexible Scheibe ausgebildet sein. Die derart
ausgebildete Koppelungseinrichtung kann die Vielzahl unterschiedlicher Schwingungen
nur unzureichend eliminieren.
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Zur
Optimierung der Gewichtsverteilung werden in Sportfahrzeugen häufig
Antriebsstränge in so genannter Transaxle-Bauweise eingesetzt.
Dies ist beispielsweise auch aus der
DE 40 01 437 A1 bekannt. Bei diesem Transaxle-Prinzip
befindet sich der Motor des Kraftfahrzeugs in der Regel vorne und
das Getriebe hinten. Bei Schaltgetrieben ist die Kupplung meistens
nahe am Motor angeordnet und die Motorleistung wird über
eine Antriebswelle, beispielsweise eine Kardanwelle, übertragen.
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Das
Getriebe ist über eine so genannte Torque-Tube (TT) mit
dem Motor verbunden. Innerhalb dieser TT läuft die Antriebs-
bzw. Kardanwelle mit der Motordrehzahl und liefert das Motormoment an
das Getriebe. Über die TT wird das Motormoment zum Getriebe äußerlich
abgestützt. Der gesamte Motor-/Getriebeverbund wird über
eine Drei-Punkt- oder häufiger Vier-Punktlagerung mit elastischen/hydraulischen
Lagern in der Fahrzeugkarosserie oder in Integralträgern
abgestützt. Die TT ist meistens als starre Schweißverbindung
aus Stahl oder Aluminium hergestellt.
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Nachteil
einer derartigen Transaxle-Konstruktion ist das Schwingungsverhalten.
Durch die großen Massen von Motor und Getriebe mit der
starren TT-Verbindung ergibt sich ein Schwingungssystem mit einer
relativ geringen ersten Biege- und Torsionseigenfrequenz, welche
zwischen 20 Hz und 70 Hz liegt. Diese Eigenfrequenzen und deren
harmonische Oberordnungen werden im Fahrzeug durch die Motorschwingungen
und auch durch Schwingungen aus dem Antriebsstrang angeregt. Dadurch
kann es zu starken Vibrationen, Brumm-/Heulüberhöhungen und
Längsschwingungen kommen.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebsaggregat zu
schaffen, bei welchem das Auftreten derartiger Schwingungen und
die damit einhergehenden Komforteinschränkungen zumindest
reduziert werden können.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Antriebsaggregat, welches die Merkmale nach
Anspruch 1 aufweist, gelöst.
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Ein
erfindungsgemäßes Antriebsaggregat für
ein Fahrzeug umfasst einen Motor und ein Getriebe. Der Motor und
das Getriebe sind an einem Fahrzeugaufbau gelagert. Das Antriebsaggregat
umfasst des Weiteren eine zwischen dem Motor und dem Getriebe angeordnete
Verbindungseinheit mit einer sich zumindest bereichsweise in ein
Rohr der Verbindungseinheit erstreckenden Antriebswelle und zumindest
einem Dämpfungselement, welches mit dem Rohr verbunden
ist. Das zumindest eine Dämpfungselement weist zwei voneinander
separierte und in Längsrichtung des Dämpfungselements überlappend angeordnete
Wandteile auf, zwischen denen ein flexibles Material angeordnet
ist. Das Dämpfungselement ist somit insbesondere in Sandwich-Bauweise aufgebaut,
wobei zwischen einer Außenwandung und einer Innenwandung,
welche getrennt voneinander angeordnet sind, ein elastisches und
verformbares Teil angeordnet ist. Durch diese Ausgestaltung können
die Eigenfrequenzen und deren harmonische Oberordnungen im Fahrzeug,
welche durch die Motorschwingungen hervorgerufen werden, und auch Schwingungen
des Antriebsstrangs zumindest so reduziert werden, dass keine Komforteinbußen
im Fahrbetrieb auftreten. Dies wird insbesondere durch die explizite
Ausgestaltung eines Dämpfungselements erreicht.
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Bevorzugt
erstreckt sich das flexible Material und somit das elastische und
verformbare Teil des Dämpfungselements über die
gesamte Länge der Überlappung der beiden Wandteile
des Dämpfungselements.
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Bevorzugt
ist das flexible Material als Hohlzylinder ausgebildet, an dem ein
zur Längsachse des Dämpfungselements hin orientierter
und dem flexiblen Material zugeordneter Steg, insbesondere ein umlaufender
Ringsteg, angeordnet ist. Bevorzugt ist das flexible Material bzw.
das elastische Teil somit quasi topfartig ausgebildet, welches in
seinem Bodenbereich eine runde Ausnehmung aufweist, welche einen
kleineren Durchmesser aufweist als der Innendurchmesser dieses Hohlzylinders.
Insbesondere ist der zur Längsachse hin orientierte Steg
radial orientiert und somit in einer Ebene ausgebildet, welche senkrecht
zur Längsachse des Dämpfungselements angeordnet
ist. Das Zusammenwirken der Teilkomponenten des Dämpfungselements
im Hinblick auf eine Schwingungsreduzierung des Antriebsaggregats
kann dadurch nochmals verbessert werden.
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Bevorzugt
ist das flexible Material umfassend den Hohlzylinder und den Steg
in Form des elastischen Teils einstückig ausgebildet und
insbesondere erstreckt sich der zur Längsachse hin orientierte
Steg am Ende des Überlappungsbereichs der beiden Wandteile.
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Es
kann vorgesehen sein, dass in dem flexiblen Material zumindest ein
Hohlraum, insbesondere mehrere Hohlräume, ausgebildet sind.
Diese können als Lufträume ausgebildet sein. Es
kann vorgesehen sein, dass diese Hohlräume in Umlaufrichtung äquidistant
zueinander angeordnet sind, wodurch zur Längsachse des
Dämpfungselements eine rotationssymmetrische Ausgestaltung
erreicht werden kann. Das Dämpfungsverhalten ist dann in
allen Richtungen gleich.
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Die
Hohlräume sind bevorzugterweise zylinderförmig
ausgebildet und erstrecken sich parallel zur Längsachse
des Dämpfungselements.
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Durch
unterschiedliche Geometrien und Ausgestaltungen des flexiblen Materials
können unterschiedliche Eigenschaften des Dämpfungselements
erreicht werden. Beispielsweise kann ein relativ hartes Verhalten
durch eine dünne und massive, flexible Materialschicht
erreicht werden.
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Durch
das Einbringen von Hohlräumen in das flexible Material
kann die Kennlinie in Umfangs- oder Biegerichtung gezielt verändert
werden.
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Bevorzugt
ist das flexible Material aus einem vulkanisierten Elastomer (Gummi)
ausgebildet. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das flexible Material
beispielsweise Silikon oder dergleichen ist. Durch dieses flexible
Material können äußere Kräfte sowie
Motor- und Reaktionsmomente abgestützt werden und gleichzeitig
eine hohe Dämpfung von Schwingungen gewährleistet
werden. Die übrige Gesamtanordnung des Antriebsaggregats
mit Motor, Getriebe und Lagerungen wird durch das Dämpfungselement
nicht verändert. Einerseits können dadurch besonders
die höher frequenten Biege- und Torsionsschwingungen und
die hochfrequenten Oberflächenschwingungen sehr effektiv
reduziert werden. Andererseits können durch diese Anordnung
die ersten Biege- und Torsionseigenfrequenzen in den unkritischen
Bereich gesenkt werden, so dass diese im Fahrbetrieb nicht mehr
angeregt werden können.
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Es
kann vorgesehen sein, dass die Hohlräume unterschiedliche
Volumen aufweisen. Auch dadurch kann situations- und bedarfsabhängig
eine individuelle Ausgestaltung des Dämpfungselements ermöglicht
werden, und dadurch den gegebenen Anforderungen im Hinblick auf
das Schwingungsverhalten des Antriebsaggregats Rechnung getragen
werden.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die in dem flexiblen Material integrierten
Hohlräume durch Kanäle verbunden sind. Dadurch
kann das gesamte Dämpfungsverhalten nochmals individualisiert
werden.
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Es
kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Hohlraum mit einer Flüssigkeit
zumindest teilweise gefüllt ist. Insbesondere kann vorgesehen
sein, dass in dem flexiblen Material zumindest zwei Hohlräume
ausgebildet sind, welche durch zumindest einen Kanal miteinander
verbunden sind und die beiden Hohlräume jeweils zumindest
teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt sind.
Dadurch kann eine sehr effektive Hydrodämpfung ermöglicht
werden. Als Flüssigkeit kann beispielsweise ein Öl
oder dgl. eingebracht werden. Die Kanäle sind bevorzugterweise
mit einem derartigen Querschnitt ausgebildet, dass sie als Drosselkanäle
zwischen den Hohlräumen fungieren.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass in dem flexiblen Material zumindest
ein Versteifungselement angeordnet ist. Dieses kann beispielsweise
ein metallisches oder ein nichtmetallisches Teil sein, welches als
Einlage in dem flexiblen Material angeordnet, insbesondere integriert
ist. Insbesondere ist dieses Versteifungselement biege- und torsionssteifer als
das flexible Material ausgebildet. Durch definiertes Einbringen
eines derartigen Versteifungselements in das flexible Material kann
eine Begrenzung des Schwingwegs in einer bestimmten Richtung erreicht
werden.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass in das flexible Material durchgängige
Aussparungen ausgebildet sind. Insbesondere sind diese durchgängigen Aussparungen
in radialer Richtung des Dämpfungselements ausgebildet.
Diese können beispielsweise als runde, ovale oder auch
eckige Löcher ausgebildet sein.
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Es
kann auch vorgesehen sein, dass die Aussparungen durch Oberflächenbereiche
der überlappend angeordneten Wandteile des Dämpfungselements
begrenzt sind. Dadurch kann wiederum ein abgeschlossener Hohlraum
zwischen den Wandteilen geschaffen werden, welcher als Luftraum
ausgebildet sein kann oder aber auch mit einer Flüssigkeit zumindest
teilweise gefüllt sein kann.
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Die
unterschiedlichen Ausgestaltungen des Dämpfungselements
können auch in beliebiger Weise kombiniert werden.
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Durch
das Dämpfungselement und individuelle Ausgestaltungen davon
können richtungsabhängige Kennlinien für
das Schwingungsverhalten erzeugt werden. Da beispielsweise die translatorische Schwingungsanregung
des Motors in der Regel richtungsabhängig ist (Bewegungsellipsen
in x-y-z-Richtung), kann es sinnvoll sein, eine gezielte Richtungsabhängigkeit
in das Dämpfungselement einzubringen, um eine maximale
Dämpfung in der Richtung mit der größten
Amplitude zu erreichen.
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Zusätzlich
oder anstatt können auch weitere (dreh-)richtungsabhängige
Kennlinienvarianten mit veränderten Funktionen vorgesehen
sein. Die jeweils effektivste und sinnvollste Variante kann dann
abhängig von der Ausgestaltung des Antriebsaggregats vorgesehen
sein.
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Auch
die Lage des Dämpfungselements in der Verbindungseinheit,
insbesondere der TT, ist veränderbar und die optimale Lage
kann wiederum abhängig von den Gegebenheiten im Fahrzeug
vorgesehen sein. Das Dämpfungselement kann direkt an dem
Motor angeordnet sein und andererseits mit dem Rohr der Verbindungseinheit
verbunden sein. Sowohl mit dem Motor als auch mit dem Rohr kann hier
eine Schraubverbindung vorgesehen sein. Es kann jedoch auch vorgesehen
sein, dass die Verbindungseinheit zweigeteilt ausgebildet ist und
das Dämpfungselement mittig angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung
ist dann das Dämpfungselement mit einem ersten Teil bzw.
einem ersten Rohr, welches sich zwischen dem Motor und den Dämpfungselement,
und einem zweiten Teil, insbesondere einem zweiten Rohr, welches
sich von dem Dämpfungselement bis zum Getriebe erstreckt,
verbunden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement unmittelbar
mit dem Getriebe, insbesondere dem Getriebegehäuse, verbunden
ist und andererseits mit dem Rohr der Verbindungseinheit verbunden
ist. Auch hier können jeweils Schraubverbindungen vorgesehen
sein.
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Durch
das spezifisch ausgebildete Dämpfungselement werden die
Schwingungen stark reduziert, wodurch sich eine erhöhte
Betriebsfestigkeit der Betriebsstrangkomponenten ergibt. Dadurch
wiederum können die Bauteile einfacher gestaltet und/oder
verkleinert und entsprechend gewichts- und kostengesenkt werden.
Gleichzeitig kann jedoch der Fahrkomfort erhöht werden.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher
erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein erfindungsgemäßes
Antriebsaggregat;
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2 eine
Schnittdarstellung durch einen Teilbereich des Antriebsaggregats
gemäß einer weiteren Ausführung; und
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3 bis 8 Schnittdarstellungen
verschiedener Ausführungsbeispiele eines Dämpfungselements
der Verbindungseinheit des Antriebsaggregats.
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In
den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den
gleichen Bezugszeichen versehen.
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In
der Draufsicht in 1 ist ein Antriebsaggregat 1 eines
Fahrzeugs, insbesondere eines Sportwagens, gezeigt. In der vereinfachten
Darstellung umfasst das Antriebsaggregat 1 einen Motor 2,
welcher vorne im Wesentlichen zwischen zwei Vorderrädern 3 und 4 angeordnet
ist, und welcher beispielhaft auf zwei Lagern 5 und 6 gelagert
ist. Die Lagerung ist am Fahrzeugaufbau vorgesehen. Das Antriebsaggregat 1 umfasst
des Weiteren ein Getriebe 7, welches beabstandet zum Motor 2 im
hinteren Bereich des Fahrzeugs im Wesentlichen zwischen zwei Hinterrädern 8 und 9 angeordnet
ist. Das Getriebe 7 ist beispielhaft auf zwei Lagern 10 und 11 am
Fahrzeugaufbau gelagert. Der Motor 2 ist mit dem Getriebe 7 über
eine nicht dargestellte Antriebswelle, beispielsweise eine Kardanwelle,
verbunden, welcher einer Verbindungseinheit 12 zugeordnet
ist. Die Verbindungseinheit 12 erstreckt sich in Längsrichtung
A des Fahrzeugs zwischen dem Motor 2 und dem Getriebe 7.
Der Verbindungseinheit 12 ist ein Rohr zugeordnet, welches
im Ausführungsbeispiel ein erstes Rohrteil 121 und
ein zweites Rohrteil 122 aufweist. In diesen Rohrteilen 121 und 122 ist
die Antriebswelle 14 (2) angeordnet.
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Die
Verbindungseinheit 12 umfasst des Weiteren ein Dämpfungselement 13,
welches mittig in der Verbindungseinheit 12 angeordnet
ist. Das Dämpfungselement 13 ist im Ausführungsbeispiel über
Schraubverbindungen mit dem Rohrteil 121 einerseits und
dem Rohrteil 122 andererseits verbunden.
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Das
Antriebsaggregat 1, insbesondere die Verbindungseinheit 12,
kann auch mehrere Dämpfungselemente 13 umfassen.
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Darüber
hinaus kann auch vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement 13 nicht
mittig angeordnet ist, sondern beispielsweise unmittelbar mit dem
Getriebe 7, insbesondere dem Getriebegehäuse,
verbunden ist und andererseits mit dem Rohr der Verbindungseinheit 12 verbunden
ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung ist das Dämpfungselement 13 somit
endseitig angeordnet.
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Ebenso
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Dämpfungselement 13 an
dem dem Motor 2 zugewandten Ende der Verbindungseinheit 12 angeordnet
ist, und unmittelbar mit dem Motor 2, insbesondere dem
Motorgehäuse, verbunden, insbesondere verschraubt, ist.
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In 2 ist
eine schematische Schnittdarstellung eines Antriebsaggregats 1 gezeigt,
bei dem das Dämpfungselement 13 endseitig an der
Verbindungseinheit 12 angeordnet ist und unmittelbar mit dem
Gehäuse des Motors 2 verbunden ist.
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Das
Dämpfungselement 13 ist rohrförmig ausgebildet
und in Richtung der Längsachse A betrachtet zwischen dem
Rohr 123 der Verbindungseinheit 12 und dem Motor 2 über
die Verschraubungen 15 und 16 angeordnet.
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In 2 ist
auch die Antriebswelle 14 schematisch gezeigt, welche im
Inneren des Rohr 123 und des Dämpfungselements 13 angeordnet
ist.
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Das
Dämpfungselement 13 ist in der gezeigten Schnittdarstellung
mehrlagig aufgebaut und umfasst ein äußeres Wandteil 131 und
ein dazu beabstandetes und separat angeordnetes inneres Wandteil 132.
Die beiden Wandteile 131 und 132 erstrecken sich
in Richtung der Längsachse A über eine Länge
l1 überlappend. Zwischen den Wandteilen 131 und 132 ist
ein flexibles Material 133 ausgebildet, welches als einstückiges
elastisches und verformbares Teil konzipiert ist.
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Dieses
flexible Material 133 erstreckt sich ebenfalls über
die gesamte Länge l1 und an der dem Motor 2 abgewandten
Seite darüber hinaus.
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Das
flexible Material 133 weist einen hohlzylinderförmigen
Teil 133a auf, an den sich endseitig ein zur Längsachse
A hin orientierter Steg 133b anschließt. Im Ausführungsbeispiel
ist dieser Steg 133b ein vollständig umlaufender
Ringsteg.
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Ganz
allgemein sind die Wandteile 131 und 132 aus einem
massiven Material ausgebildet, welches eine höhere Biege-
und Torsionssteifigkeit als das flexible Material 133 aufweist.
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In 3 ist
in einer schematischen Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie
BB gemäß 2 ein erstes
Ausführungsbeispiel des Dämpfungselements 13 gezeigt.
Wie zu erkennen ist, ist bei dieser Ausgestaltung das flexible Material 133 homogen ausgebildet.
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In 4 ist
ein zweites Ausführungsbeispiel eines Dämpfungselements 13 in
einer entsprechenden Schnittdarstellung gezeigt. Bei dieser Ausführung
ist das flexible Material 133 im Bereich des hohlzinderförmigen
Teils 133a inhomogen gestaltet. Das flexible Material 133 weist
eine Mehrzahl von Hohlräumen 134 auf, welche zylinderförmig
gestaltet sind und parallel zur Längsachse A orientiert
sind. Die Hohlräume 134 sind vollständig
integral in dem flexiblen Material 133 ausgebildet und
durch das flexible Material 133 begrenzt.
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In
der in 4 gezeigten Darstellung sind die Hohlräume 134 in
Umlaufrichtung betrachtet äquidistant zueinander angeordnet.
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Ebenso
kann jedoch auch vorgesehen sein, dass in Umlaufrichtung betrachtet
nur regional jeweils ein oder mehrere Hohlräume 134 ausgebildet sind.
Dadurch kann das Verformungsverhalten des flexiblen Materials 133 bzw.
des hohlzylinderförmigen Teils 133a in spezifischen
Richtungen individuell gestaltet werden.
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In 5 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Dämpfungselements 13 in
einer Schnittdarstellung entlang der Schnittlinie BB gezeigt. Bei
dieser Ausführung sind in radialer Richtung betrachtet durchgängige
Aussparungen 135 ausgebildet. Auch diese sind in Umlaufrichtung
betrachtet äquidistant zueinander angeordnet. Nach innen
und nach außen hin sind diese radialen Aussparungen 135 durch
die Innenseite des äußeren Wandteils 131 und
durch die Außenseite des inneren Wandteils 132 begrenzt.
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Durch
eine Ausgestaltung, wie sie in 5 gezeigt
ist, kann eine sehr weiche Ausführung in Umlaufrichtung
erreicht werden.
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In 6 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Dämpfungselements 13 in
einer Schnittdarstellung gezeigt. Bei dieser Ausführung
sind relativ große durchgängige Aussparungen 135 in
gegenüberliegender Ausbildung konzipiert. Dies ermöglicht
eine sehr weiche Ausgestaltung in x-Richtung.
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Prinzipiell
kann auch eine Kombination von Hohlräumen 134 und
Aussparungen 135 vorgesehen sein. Diese können
rotationssymmetrisch, aber auch unsymmetrisch ausgebildet sein.
Auch die Volumen von einzelnen Hohlräumen 134 und/oder
die Volumen von einzelnen Aussparungen 135 können
variieren.
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In 7 ist
ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Dämpfungselements 13 in
einer Schnittdarstellung gezeigt. Bei dieser Ausführung
sind Versteifungselemente 136 in das flexible Material 133 eingebracht.
Im Ausführungsbeispiel sind diese gegenüberliegend
angeordnet. Diese Versteifungselemente 136 können
beispielsweise metallische Einlagen sein. Ebenso können
sie jedoch auch aus einem nichtmetallischen Material ausgebildet
sein. Die Biege- und Torsionssteifigkeit der Versteifungselement 136 ist
jedoch größer als diejenige des flexiblen Materials 133.
Durch die Versteifungselemente 136 kann in der gezeigten
Ausführung ein Anschlag in y-Richtung erreicht werden.
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Ein
weiteres Ausführungsbeispiel eines Dämpfungselements 13 ist
in einer Schnittdarstellung gemäß 8 gezeigt.
Bei dieser Ausführung sind eine Mehrzahl von Hohlräumen
bzw. Kammern 137 ausgebildet, welche durch Kanäle 138 verbunden sind.
In diesen Kammern 137 ist Flüssigkeit, beispielsweise Öl,
eingebracht, wodurch bei dieser Ausgestaltung eine Hydrodämpfung
realisiert ist. Die Kanäle 138 weisen einen wesentlich
kleineren Querschnitt auf als die Kammern 137.
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Die
Kammern 137 können als integrierte Hohlräume 134 oder
jedoch auch als durchgängige Aussparungen 135 ausgebildet
sein.
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Die
unterschiedlichen Ausgestaltungen der Dämpfungselemente 13 in
den 4 bis 8 können jeweils im
Gesamten oder auch jeweils in Teilaspekten der einzelnen Ausführungen
zu einer weiteren Ausführung eines Dämpfungselements 13 kombiniert
werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 92/13734 [0002]
- - DE 4001437 A1 [0005]