Stellen Sie sich folgendes Szenario vor – Sie werden von Ihrem Vorgesetzten mit der Aufgabe betraut, ein Tanksystem, ein Kühlsystem oder eine Abgashalterung so zu lagern, dass möglichst wenig Bauraum in Anspruch genommen wird und zeitgleich eine Schwingungsentkopplung vorgenommen werden kann. Die Elemente, welche Sie bisher kennen und nutzen sind jedoch sehr groß oder nicht dafür geeignet, in kleinen und verbauten Räumen genutzt zu werden. Eine Wartung oder schlimmstenfalls ein Austausch spätestens in einem Jahr erscheint jetzt schon als problematisch und Sie möchten es dringlichst vermeiden, Ihr Wartungspersonal hiermit zu belasten. Der zeitliche Faktor spielt eine übrige Rolle. Natürlich haben Sie zusätzlich noch eine instationäre Anwendung und müssen etwaige horizontale Kräfte beachten, welche nicht konstant auftreten, sondern vorrangig in Form von Peaks. Und am besten fährt oder rollt das Gefährt noch durch Gebiete mit extremen Temperaturunterschieden. Klingt im ersten Moment nach einer sehr langen To-Handle-Liste.
Die optimale Lösung wäre hier ein Dämpfungssystem, welches kompakt und wartungsarm ist, seitliche Bewegungen begrenzt oder im Optimalfall komplett unterbindet und axial trotzdem alle Schwingungen aufnimmt, also elastisch bleibt. Ist es dann noch günstig und langlebig passt alles zusammen.
Ganz ehrlich, die Illusion so einen Dämpfer zu finden müssen wir Ihnen an dieser Stelle leider nehmen. Wenn alle diese Punkte zusammenkämen, wäre der Autor dieser Zeilen mit einem Patent gesegnet und längst im Ruhestand. Nichtsdestotrotz gibt es Lösungen, welche ein sehr gutes Gesamtpaket schnüren. Die Lösungen aus unserem Haus wollen wir hier einmal genauer unter die Lupe nehmen.
Der Allrounder mit Dämpfung in jeder Achsrichtung
Die smarteste Lösung ist in jedem Falle wohl immer eine komplette Baugruppe. Diese wird einfach unter oder über die jeweilige Anwendung geschraubt. Mit der Umgebung verbunden bietet sie gleichwohl auch eine Entkopplung der zu lagernden Komponente zur Fahrzeugperipherie. Diese Lösung stellen Schwingungsdämpfer der Baureihe 7 des Typs GDZ dar. Diese Art des Maschinenfuß‘ hat insgesamt drei Dämpfungskissen aus Edelstahldraht verbaut, welche in Gehäusen aus Stahlguss gekapselt sind. Jeweils ein Kissen dient hier als Schwingungsdämpfer pro Achsrichtung.
Gleichwohl ist anhand dieser Beschreibung zu erkennen, dass es sich um eine große Art des Schwingungsdämpfers handelt. Drei verbaute Kissen mit zusätzlich zwei Gehäusen stellen den Konstrukteur oftmals vor das Problem des kleinen Baumraumes. Hier gilt es demnach Alternativen zu finden...
Druck Zug Dämpfer für kleinen Bauraum
Beim Stichwort kompakter Druck-Zug Dämpfer findet sich schnell das Dämpfungselement der Baureihe GBL. Dieser Dämpfertyp besteht lediglich aus zwei Kissen, einer Distanzhülse und je nach Größe aus zwei Scheiben oder Kissensitzen. Die beiden Dämpfungskissen werden mit dem am Kissen vorhandenen Bund gegensätzlich in den Profilrahmen Ihrer Anwendung integriert und mit der Anlagenperipherie verschraubt. So ergibt sich eine axiale Entkopplung zur Umgebung auf überschaubarem Bauraum. Die Dämpfungseigenschaften dieser Elemente sind in axiale Richtung identisch zu denen des oben beschriebenen Druck-Zug Dämpfers der Baureihe GDZ. In radiale Richtung haben wir hingegen keinerlei oder wenn überhaupt nur ein vernachlässigbar kleines Dämpfungsverhalten durch den integrierten Bund. Dieser ist jedoch so klein, dass er seitliche Bewegungen mit einem Vielfachen der g-Kraft nicht auffangen kann.
Vorspannung des Elements als wichtige Größe
Diese Problemstellung ist bekannt und muss bei der Auslegung dieser Elemente für das jeweilige System berücksichtigt werden. Um eine horizontale Bewegung zu vermeiden ist in jedem Bundlager eine Distanzhülse integriert. Diese hat zum einen die Aufgabe, das Dämpfungskissen von der Schraube fernzuhalten, zum anderen dient sie als mechanischer Anschlag beim Montieren der Elemente.
Der bei der Auslegung wichtigste Punkt ist jedoch die von der Hülse vorgegebene Vorspannung und somit die Kraft, welche von Anfang an auf den Dämpfungselementen liegt. Diese Kraft wird als Flächenpressung auf das zu lagernde System weitergegeben und verhindert so – richtig dimensioniert – das Verrutschen in seitliche Richtung selbst bei hohen Belastungen.
Die Bestimmung der Hülsenlänge findet mittels der Last Weg Diagramme in axiale Richtung und der Dicke des Profilrahmens statt. Mittels dieser beiden Komponenten wird die Vorspannung festgelegt und in internen Versuchen validiert. So ist sichergestellt, dass eine axiale Dämpfung gegeben und ein Verrutschen in radiale Richtung verhindert ist.
Montageaufwand contra Wirtschaftlichkeit
Klingt erstmal nach einer vernünftigen Lösung, gerade für kleinen Bauraum. Zudem sind durch die verbauten DIN-Teile und zusätzlichen Hülsen, die meistens aus standardisierten Rohrabschnitten bestehen, die Kosten relativ überschaubar. Dies macht Schwingungsdämpfer der Reihe GBL im Gegensatz zu den größeren Elementen der Reihe GDZ auch preislich attraktiv. So ist beispielsweise ein Bundlager für eine Auflagerkraft von 300 kg im Vergleich zu einem Druck Zug Dämpfer des gleichen Lastbereichs um den Faktor 0,66 günstiger. Aktuell sind Lagerungselemente des Typs GBL jedoch nur bis zu einer statischen Last von zwei Tonnen verfügbar. Schwingungsdämpfer des Typs GDZ gibt es in der Größenordnung bis zu sieben Tonnen pro Element statische Last.
Auf der anderen Seite kommt hinzu, dass wir beim Bundlager-Schwingungsdämpfer mehrere einzelne Bauteile haben, während der multidirektionale Schwingungsdämpfer als eine Baugruppe geliefert wird und ohne viele Handgriffe direkt mit der Anlage und der Peripherie verbunden werden kann. Der reine Montageaufwand wird somit bis auf ein sehr kleines Maß begrenzt und das Risiko des Verlustes einzelner Teile bis auf ein Minimum begrenzt.
Welcher Dämpfer ist nun der bessere?
Und am Ende stellt sich für den Konstrukteur doch die alles entscheidende Frage – welcher Dämpfertyp ist jetzt der passende für die zu lagernde Anwendung? Die Antwort auf diese Frage können wir Ihnen an dieser Stelle nicht so pauschal geben, da sie sehr stark von ihrem Bauraum, den vorhandenen Umgebungsbedingungen und natürlich ebenso dem Budget abhängt. Gleichwohl haben sich beide Dämpfertypen bereits in der Praxis bewährt und verlängern sehr erfolgreich die Lebenszeit der zu lagernden Komponenten, gerade im Fahrzeugbau.
Bochum, 02.11.2023
