DE102011081696A1

DE102011081696A1 - Zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager und Fahrzeugdämpfungssystem, welches dieses aufweist.

Info

Publication number: DE102011081696A1
Application number: DE102011081696A
Authority: DE
Inventors: Joseph K. Moore; Wojciech E. Suchta; Kenneth L. Oblizajek
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-09-01
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-03-01
Also published as: CN102384212A; CN102384212B; US8439336B2; US20120049428A1

Abstract

Ausführungsformen eines zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers werden bereitgestellt, welche Ausführungsformen eines Fahrzeugdämpfungssystems sind aufweisend ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager. In einer Ausführungsform weist das zweiwegige hydraulisches Federbeinlager ein äußeres Elastomermodul und ein inneres Hydraulikmodul auf, das in dem äußeren Elastomermodul angeordnet ist. Das innere Hydraulikmodul ist ausgebildet, um in einem aktiven Dämpfungsmodus zu arbeiten für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlangers die kleiner sind als ein Schwellenwert und in einem im Wesentlichen inaktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers die größer sind als der Schwellenwert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die folgende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Fahrzeugdämpfungssysteme und insbesondere auf Ausführungsformen eines zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers zum Einsatz in einem Fahrzeugdämpfungssystem.
HINTERGRUND
Fahrzeugfederbeinanordnungen sind vielfach konstruiert worden, um die Fahrzeughandhabung zu optimieren (z. B., um laufend den Reibungskontakt zwischen den Rädern des Fahrzeugs und der Straße aufrechtzuerhalten), während der Fahrzeugaufbau außerdem von Vibrationskräften isoliert ist, die erzeugt werden, wenn das Fahrzeug über eine unebene Straßenoberfläche fährt. Unabhängig davon kann eine Situation auftreten, die als Rütteln auf glatter Straße (engl. Smooth Road Shake) (”SRS”) bekannt ist, wenn das Fahrzeug über eine verhältnismäßig glatte Straße fährt und kleinere Unebenheiten in der Straßenoberfläche und/oder den Lenkrad-Rad-Anordnungen vorhanden sind, bei der Störungen mit einer verhältnismäßig kleinen Amplitude auftreten, welche durch die Federabeinanordnungen des Fahrzeugs an den Fahrzeugaufbau übertragen werden. Während sie typischerweise effektiv im Vermindern von Vibrationskräften mit größerer Amplitude sind, welche erzeugt werden, wenn ein Fahrzeug über eine verhältnismäßig raue Straßenoberfläche fährt, können die Komponenten (z. B. hydraulische Stoßdämpfer), welche in herkömmlichen Federbeinanordnungen enthalten sind, vollständig, mit Unterbrechungen, oder teilweise festfressen (d. h. einrasten oder fixiert werden) aufgrund von Haftreibungs- und Reibungskräften, wenn sie der Charakteristik von Vibrationskräften mit einer verhältnismäßig kleinen Amplitude gemäß SRS ausgesetzt sind; z. B. im Fall von vertikalem SRS, insbesondere vertikalen Verschiebungen gleich oder kleiner als ungefähr 1 bis 4 Millimeter (mm). Als Ergebnis sind herkömmliche Federbeinanordnungen häufig ineffektiv beim Isolieren eines Fahrzeugs von Vibrationskräften, welche während eines SRS Ereignisses erzeugt werden. Obwohl ein elastomeres Federbeinlager oder Stützlager (z. B. ein Gummipolster innerhalb eines Metallrings) zwischen dem oberen Ende jeder Federbeinanordnung und dem Fahrzeugaufbau angeordnet sein kann, um die Übertragung von Vibrationskräften mit einer größeren Amplitude zu reduzieren, weisen herkömmliche Elastomerlager typischerweise eine verhältnismäßig hohe axiale Steifigkeit mit einer geringen Dämpfung auf und stellen dem entsprechend wenig zusätzliche Dämpfung von mit SRS verbundenen Vibrationenkräften mit einer kleinen Amplitude bereit.
Es besteht daher ein fortlaufender Bedarf darin Ausführungsformen von Federbeinlagern oder Stützlagern bereitzustellen zur Verwendung in Verbindung mit einer Fahrzeugfederbeinanordnung, die relativ effektiv ist in der Dämpfung von verhältnismäßig kleinen vertikalen Verschiebungen (z. B. Verschiebungen kleiner als ungefähr 1 bis 4 mm). Es ist für solche Ausführungsformen eines solchen Federbeinlagers oder Stützlagers außerdem wünschenswert eine höhere, progressive axiale Steifigkeit für größere vertikale Verschiebungen (z. B. Verschiebungen die ungefähr 1 bis 4 mm überschreiten) und eine verhältnismäßig hohe radiale Steifigkeit zu haben, um einem Fahrzeug optimale Fahr- und Handhabungseigenschaften zu verleihen, wenn es unter hohen dynamischen Lasten betrieben wird. Es ist ferner für Ausführungsformen eines solchen Federbeinlagers wünschenswert langlebig und einfach in der Herstellung zu sein. Andere wünschenswerte Merkmale und Profile der vorliegenden Erfindung werden offensichtlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen und diesem Hintergrund.
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
Ausführungsformen eines zweiwegigen oder zweipfadigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers werden bereitgestellt. In einer Ausführungsform weist das zweiwegige hydraulische Federbeinlager ein äußeres Elastomermodul und ein inneres Hydraulikmodul auf, welches in dem äußeren Elastomermodul angeordnet oder befestigt ist. Das innere Hydraulikmodul ist ausgebildet, um in einem aktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers, die kleiner als ein Schwellenwert sind und in einem im Wesentlichen inaktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers, die größer als der Schwellenwert sind, zu arbeiten.
Ausführungsformen eines Fahrzeugdämpfungssystems werden bereitgestellt. In einer Ausführungsform weist das Fahrzeugdämpfungssystem eine Federbeinanordnung und eine zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager auf, Das zweiwegige hydraulische Federbeinlager weist ein äußeres Elastomermodul, das ausgebildet ist, um an dem Fahrzeugaufbau befestigt zu werden, und ein inneres Hydraulikmodul auf, das in dem äußeren Elastomermodul angeordnet und mit der Federbeinanordnung gekoppelt ist. Das innere Hydraulikmodul ist derart ausgebildet in einem aktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers zu arbeiten, die kleiner sind als ein Schwellenwert und in einem im Wesentlichen inaktiven Dämpfungsmodus zu arbeiten für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers, die größer als der Schwellenwert sind.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Mindestens ein Beispiel der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und:
1 eine Querschnittansicht eines Fahrzeugdämpfungssystems ist, welches ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager aufweist, das zwischen einer Federbeinanordnung und einem Fahrzeugaufbau (teilweise dargestellt) gemäß einer Ausführungsform befestigt ist;
2 und 3 eine Zusammenbaudarstellung bzw. eine Explosionsdarstellungen sind des beispielhaften zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers, gezeigt in 1, in einer geschnittenen Ansicht;
4, 5 und 6 Querschnittsansichten sind des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers in einer normalen oder konstruktiv festgelegten Position, in einer ersten nach oben gebogenen Position bzw. in einer zweiten nach oben gebogenen Position;
7 ein Schaubild ist, welches eine axiale Verschiebung (horizontale Achse) gegenüber einer Belastung (vertikale Achse) anhand eines Beispiels eines axialen Last-Verschiebungsprofil des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers darstellt, wie es in den 1–6 gezeigt ist; und
8 eine Querschnittansicht ist des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers in einer nach unten gebogenen Position.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende detaillierte Beschreibung ist lediglich von beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht die Erfindung oder die Anwendung und Verwendung der Erfindung zu beschränken. Ferner ist es nicht beabsichtigt, an irgendeine Theorie des hier zuvor beschriebenen Hintergrunds oder der folgenden detaillierten Beschreibung gebunden zu sein. Wie hierin verwendet sind die Bedeutung des Worts ”Federbein”, des Begriffs ”Federbeinanordnung” und ähnlicher Worte und Begriffe sehr breit gefasst, um Strukturelemente oder Anordnungen von Strukturelementen mit zu umfassen, die ein Fahrzeug oder ein anderes Hostobjekt von Eingangskräften hervorgerufen durch Vibrationen trennt oder isoliert. Obwohl weiter unten ein Fahrzeugaufhängungssystem beschrieben wird zusammen mit einem speziellen Typ von Federbeinanordnung, ist hervorzuheben, dass Ausführungsformen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers mit einer Vielzahl von Varianten von Fahrzeugaufhängungssystemen, welche verschiedene andere Federbeinanordnungen umfassen, wie Doppelquerlenker-Aufhängungen, und Dämpfungselementen verwendet werden können.
1 ist eine Querschnittansicht eines Fahrzeugdämpfungssystems, welches ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager oder Stützlager 10 aufweist, das zwischen einem Fahrzeugaufbau 12 (teilweise gezeigt) und einer Federbeinanordnung 14 befestigt ist. In diesem speziellen Beispiel weist die Federbeinanordnung 14 die Form eines Federbeins im MacPherson-Stil auf, das eine Schraubenfeder 16 aufweist, die um einen Stoßdämpfer 18 angeordnet ist. Der Stoßdämpfer 18 weist einen Hauptzylinder 20 und eine Kolbenstange 22 mit einem unteren Endabschnitt 24 auf, welcher verschieblich innerhalb der Bohrung des Zylinders 20 angeordnet ist; und einen oberen Endabschnitt 26, der sich oberhalb von dem Zylinder 20 durch die Schraubenfeder 16 und durch eine zentrale Öffnung, die in dem Federbeinlager 10 vorgesehen ist, erstreckt. An seinem Anschlußende (engl. terminal end) ist der obere Endabschnitt 26 der Kolbenstange 22 an dem Federbeinlager 10 durch eine Haltemutter 28 befestigt. Ein Anschlagpuffer 30 (engl. bumpstop) ist um einen Zwischenabschnitt der Kolbenstange 22 angeordnet und grenzt an ein ringförmiges Kappenelement 32 an, welches wiederum an ein unteres Element angrenzt, das innerhalb des hydraulischen Federbeinlagers 10 enthalten ist (d. h. ein weiter unten beschriebener Wegbegrenzer 100). Ein oberer Federisolator 35 (z. B. ein teilweise berührendes ringförmiges isolierendes Gummielement) ist um einen unteren Abschnitt des hydraulischen Federbeinlagers 10 angeordnet, gefangen zwischen der oberen Windung der Feder 16 und einem unteren Federsitz 34. Ein unterer Federisolator 37 (z. B. ein teilweise berührendes ringförmiges isolierendes Gummielement) ist ebenfalls zwischen der unteren Windung der Feder 16 und einem unteren Federsitz 36 eingeschlossen. Ein Faltenbalg 38 (ebenfalls allgemein als ”Staubabdeckung” oder ein ”Federbeinstiefel” bezeichnet) ist über dem oberen Endabschnitt des Stoßdämpfers 18 zwischen dem ringförmigen Kappenelement 32 und dem unteren Federsitz 36 angeordnet, um zu verhindern, dass Staub und anderer Schmutz in den Zylinder 20 eindringt. Letztlich greift eine ringförmige Lagerstruktur 41 an der Unterseite einer Komponente an, die innerhalb der Federbeinlagers 10 enthalten ist (z. B. ein weiter unten beschriebener äußerer Einsatz 48) um dem oberen Federsitz 34 (1) und daher dem oberen Ende der Schraubenfeder 16 (1) zu erlauben relativ zu dem Federbeinlager 10 und dem Fahrzeugaufbau 12, während des Betriebs der Federbeinanordnung 14, zu drehen.
Die Schraubenfeder 16 ist zwischen dem oberen Federsitz 34 und dem unteren Federsitz 36 komprimiert oder zusammengedrückt. Wenn ein mit der Federbeinanordnung 14 ausgestattetes Fahrzeug über eine unebene Straßenoberfläche fährt, wird die Schraubenfeder 16 weiter dynamisch komprimiert oder gestreckt, um eine relativ nachgiebige (engl. compliant) axiale Bewegung bereitzustellen, welche dann durch den Stoßdämpfer 18 in allgemein bekannter Weise gedämpft wird. Jedoch können, wie in dem vorangehenden Abschnitt mit dem Titel ”Hintergrund” beschrieben wurde, Haftreibungs- und Reibungskräfte bewirken, dass der Stoßdämpfer 18 sich teilweise oder mit Unterbrechungen festfrisst (d. h. eingerastet oder fixiert ist), wenn das Fahrzeug über eine verhältnismäßig glatte Straße und geringe Unebenheiten in der Straße fährt und/oder Radunausgeglichenheiten vorhanden sind, welche Störungen mit einer relativ kleinen Amplitude erzeugen, die durch die Federbeinanordnung 14 auf den Fahrzeugaufbau übertragen werden (eine Situation die im Allgemeinen als ”Rütteln auf glatter Straße” oder noch einfacher als ”SRS” bezeichnet wird). Wenn ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager 10 mit der Federbeinanordnung 14 in Reihe gekoppelt ist, reduziert es die Übertragung von Vibrationskräften mit kleiner Amplitude auf den Fahrzeugaufbau, durch Bereitstellen einer geeigneten axialen Dämpfung für kleine vertikale Verschiebungscharakteristiken von SRS (z. B. vertikale Inputs gleich oder kleiner als ungefähr 1 bis 4 mm). Zur selben Zeit stellt das hydraulische Federbeinlager 10 eine progressive axiale Steifigkeit für gröbere vertikale Verschiebungen (z. B. vertikale Verschiebungen, die ungefähr 1 bis 4 mm überschreiten) bereit. Da das Federbeinlager 10 sich unter diesen großen Verschiebungen versteift, ist die Dämpfung in dem Federbeinlager 10 reduziert und die axiale Dämpfung wird dann durch den Stoßdämpfer 18 bereitgestellt, da die Kräfte nun ausreichend sind, die Haftreibungs- und Reibungseingriffe typisch für Stoßdämpfer 18 zu überwinden. Bei diesen größeren Verschiebungen ist die Verlässlichkeit des Stoßdämpfers 18 beim Dämpfen gegeben, während eine relativ hohe radiale Steifigkeit bereitgestellt wird, was optimale Fahr- und Handhabungseigenschaften bei den größeren dynamischen Lasten erlaubt. Die Art mit welcher das zweiwegige hydraulische Federbeinlager 10 eine einzigartige, dynamische mehrstufige axiale Lastcharakteristik- oder Lasteigenschaft bereitstellt, wird unten in Verbindung mit 7 beschrieben.
Die 2 und 3 sind eine Zusammenbaudarstellung bzw. eine Explosionsdarstellung in einer Schnittansicht, welche das zweiwegige hydraulische Federbeinlager 10 in größerem Detail darstellen. Das Federbeinlager 10 weist zwei Hauptfunktionsmodule auf, nämlich ein äußeres Elastomermodul 42 und ein inneres Hydraulikmodul 44. Das äußere Elastomermodul 42 weist ein Hauptelastomerelement 46, eine innere Halte- oder Stützstruktur oder einen Zwischeneinsatz 58, eine äußere Halte- oder Stützstruktur oder einen Einsatz 48 auf, welcher einen ringförmigen Körper 50 und einen radialen Befestigungsflansch 52 aufweist. Das Hauptelastomerelement 46 ist zwischen einem äußeren Einsatz 48 und einem Zwischeneinsatz 58 angeordnet. Wie in 2 und 3 gezeigt ist, kann ein Zwischenabschnitt des ringförmigen Körpers 50 sich radial nach innen verjüngen und ein Hauptelastomerelement 46 innerhalb des äußeren Einsatzes 48 halten. Das Hauptelastomerelement 46 ist geeigneterweise aus einem beständigen oder langlebigen Elastomer geformt, wie einem verhältnismäßig weichen Gummi (engl. dense rubber); und der äußere Einsatz 48 und der Zwischeneinsatz 58 sind geeigneterweise aus einem verhältnismäßig festen Material gebildet, wie Kunststoff, Metall oder einer Legierung. In einer Ausführungsform ist der äußere Einsatz 48 aus einem geprägten Metallblech oder Legierungsblech. Der Zwischeneinsatz 58 ist aus einem Metall oder einer Legierung gegossen und das Hauptelastomerelement 46 an den Körpern 48 und 58 angeformt. Ein äußerer Flansch 52 ist geeigneterweise hergestellt, um eine Vielzahl von in Umfangsrichtung beabstandete Öffnungen 54 aufzuweisen, um eine Befestigung des äußeren Einsatzes 48 an dem Fahrzeugaufbau 12 (1) zu vereinfachen, zum Beispiel eine Vielzahl von Stiftschrauben oder Bolzen 56 oder andere Befestigungsmittel nutzend.
Ein inneres Hydraulikmodul 44 weist einen äußeren Ringeinsatz 64, eine Elastomerbuchse 62 und einen inneren Zylinder 60 auf. In dem dargestellten Beispiel weist der äußere Ringeinsatz 64 die Form eines festen, rohrförmigen Körpers auf, der innerhalb einer zentralen Öffnung angeordnet ist (z. B. durch einen Presssitz darin), gebildet durch den Zwischeneinsatz 58. Die Elastomerbuchse 62 bildet die Form eines flexiblen, ringförmigen Körpers (z. B. ein langlebiges Elastomer), der an einem äußeren Ringeinsatz 64 und einem inneren Zylinder 60 angeformt ist. Die Elastomerbuchse 62 erstreckt sich von dem äußeren Ringeinsatz 64 radial nach innen zu einem Mittenabschnitt des inneren Zylinders 60. Indem dies so ausgeführt wird, teilt die Elastomerbuchse 62 obere und untere Hydraulikkammern ab, gebildet in dem inneren Hydraulikmodul 44 (d. h. Hydraulikkammern 92 und 94), wie weiter unten näher beschrieben wird. Um das Lager (engl. mount) in einem Winkelsinn herumgehend, um eine Achse Yc (die vertikale Achse des Lagers), kann die axiale Länge der Elastomerbuchse 62 variieren, was vorteilhafte Eigenschaften bereitstellt, wie eine reduzierte axiale Steifigkeit und eine gerichtete radiale Steifigkeit.
Das Hauptelastomerelement 46 (mit dem Zwischeneinsatz 58 und dem äußeren Einsatz 48) und die Elastomerbuchse 62 (mit dem äußeren Ringeinsatz 64 und dem inneren Zylinder 60) können mit getrennten Formeinrichtungen hergestellt und dann zusammen an der Schnittstelle von Zwischeneinsatz 58 und äußerem Ringeinsatz 64 angebracht werden (z. B. durch einen Presssitz). Wechselweise können der Zwischeneinsatz 58 und der äußere Ringeinsatz 64 vor dem Formen zusammengebracht werden (z. B. durch einen Presssitz) und das Hauptelastomerelement 46 und die Elastomerbuchse 62 zusammen mit den damit verbundenen Einsätzen mit einer Gummiform hergestellt werden.
Wenn gewünscht und wie in den 2 und 3 bei 66 gezeigt ist, können ganze, unterbrochene, oder mehrere feste, ringförmige Körper (allgemein als „Anteilplatte” bezeichnet) innerhalb der Elastomerbuchse 62 hindurch befestigt oder eingebettet sein, um das Verhältnis des radialen-zu-axialen Anteils der Elastomerbuchse 62 und damit den radialen-zu-axialen Anteil des inneren Hydraulikmoduls 44 zu erhöhen. Wenn mehrere Anteilsplatten (engl. rate plates) eingesetzt werden, stellt die Winkelanordnung der Anteilsplatten um die Achse Yc, eine gerichtete radiale Steifigkeit bereit, was für bestimmte Fahrzeuge vorteilhaft ist, deren Möglichkeiten und Anforderungen von dem Fachmann in dem Bereich leicht erkannt werden. Ähnlich kann, wie nur in 2 gezeigt ist, mindestens eine äußere ringförmige Anteilsplatte 76 innerhalb des Hauptelastomerelements 46 angeordnet werden, zwischen dem Zwischeneinsatz 58 und dem äußeren Einsatz 48, um das Verhältnis aus radialem-zu-axialem Anteil des Hauptelastomerelements 46 zu erhöhen und dem entsprechend das Verhältnis aus radialem-zu-axialem Anteil des äußeren Elastomermoduls 42. Vergleichbar zu den Anteilsplatten 66 können die äußeren Anteilsplatten 76 ringförmig ganz, unterbrochen oder einzelne Körper aufweisend, strategisch um die Achse Yc angeordnet werden, um vorteilhafte gerichtete radiale Steifigkeitseigenschaften zu erzielen.
Das Hauptelastomerelement 46 ist ausgebildet, um eine Anzahl von progressiven Belastungsmerkmalen oder Anschlagpuffern aufzuweisen. Genauer ist der obere Abschnitt des Elastomerelements 46 ausgebildet, einen oberen primären Anschlagpuffer 68 und einen oberen sekundären Anschlagpuffer 70 aufzuweisen; und der untere Abschnitt des Elastomerelements 46 ist ausgebildet, einen unteren primären Anschlagpuffer 72 und einen unteren sekundären Anschlagpuffer 74 aufzuweisen. Die primären Anschlagpuffer 68 und 72 können jede Form aufweisen, die geeignet ist, um selektiv die axiale Verschiebung des inneren Hydraulikmoduls 44 zu verhindern. Die sekundären Anschlagpuffer 70 und 74 können jede Form aufweisen, die geeignet ist, die axiale Auslenkung oder axiale Verbiegung des äußeren Elastomermoduls 42 zu begrenzen, wie weiter unten näher beschrieben wird. In dem dargestellten Beispiel, weisen der obere primäre Anschlagpuffer 68 und der untere primäre Anschlagpuffer 72 die Form von ersten und zweiten erhobenen Lippen oder Rändern auf, welche entlang des oberen bzw. unteren inneren, umlaufenden Abschnitts des Hauptelastomerelements 46 ausgebildet sind, und mit dem oberen bzw. unteren Abschnitt des Zwischeneinsatzes 58 verklebt sind. Der untere sekundäre Anschlagpuffer 74 weist entsprechend die Form einer erhobenen Lippe oder eines erhobenen Rands auf, welcher sich um einen äußeren, umlaufenden Abschnitt des Hauptelastomerelements 46 erstreckt und mit dem unteren Ende des äußeren Einsatz 48 verklebt ist. Letztlich weist der obere sekundäre Anschlagpuffer 70 den oberen kegelstumpfförmigen Abschnitt des Elastomerelements 46 auf, welcher sich um einen Innenabschnitt des ringförmigen Körpers 50 erstreckt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Anschlagpuffer 68, 70, 72 und 74 einteilig mit dem Hauptelastomerelement 46 als ein Formteil ausgebildet. Obwohl in den 2 und 3 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht gezeigt können die Anschlagpuffers 68, 70, 72 und/oder 74 Umfangsnuten (engl. castellations) aufweisen, um die Erzeugung von Lärm zu reduzieren, wenn sie mit benachbarten strukturellen Elementen (d. h. weiter unten beschriebenen Wegbegrenzern 98 und 100) in Kontakt gebracht und gebogen werden, während des Betriebs des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10.
Zusätzlich zu dem äußeren Ringeinsatz 64, der Elastomerbuchse 62 und dem inneren Zylinder 60 weist das innere Hydraulikmodul 44 ferner eine obere Diaphragmaanordnung 80, eine untere Diaphragmaanordnung 82 und eine in den Kammern 92 und 94 enthaltene Hydraulikflüssigkeit (z. B. ein Gylkolgemisch) auf. Die Diaphragmaanordnungen 80 und 82 weisen jeweils einen äußeren Befestigungsring oder Lagerring 84, einen Kolben 86 und eine flexible Membran oder Diaphragma 88 auf, das sich radial einwärts von dem äußeren Befestigungsring 84 zu dem Kolben 86 erstreckt, um einen scheibenförmigen Körper zu bilden. Die Diaphragmaanordnungen 80 und 82 können identisch oder spezifisch geformte Anordnungen sein. Die Kolben 86 der Diaphragmaanordnungen 80 und 82 sind fest gekoppelt (z. B. mittels eines Presssitzes) um gegenüberliegende Endabschnitte des inneren Zylinders 60, während äußere Befestigungsringe 84 der Diaphragmaanordnungen 80 und 82 jeweils fest mit einer inneren Umfangsfläche des Zwischeneinsatzes 58 gekoppelt sind (z. B. mittels eines Presssitzes). Wenn das zweiwegige hydraulische Federbeinlager 10 innerhalb eines Fahrzeugs installiert ist, ist der innere Zylinder 60 an dem oberen Endabschnitt der Kolbenstange 22, wie in 1 gezeigt ist, befestigt. Wie z. B. in den 2 und 3 gezeigt ist, kann ein zentraler Kanal oder eine Öffnung 90 durch den inneren Zylinder 60 vorgesehen sein, um den oberen Endabschnitt der Kolbenstange 22 aufzunehmen, welcher an dem inneren Zylinder 60 in der oben beschriebenen Weise befestigt sein kann (z. B. durch Verwenden eines Befestigungsmittels mit einem Gewinde, wie einer Haltemutter 28, wie sie in 1 gezeigt ist, die den inneren Zylinder 60, die Bewegungsbegrenzer 98 und 100 und ein ringsförmiges Kappenelement 32 festklemmt, welches zwischen der Schulter 27 des oberen Endes der Kolbenstange 26 und der Mutter 28 angeordnet ist). Der innere Zylinder 60 überträgt (engl. translates) somit in Verbindung mit der Kolbenstange 22 (1) während des Betriebs des hydraulischen Federbeinlagers 10. Wenn der innere Zylinder 60 innerhalb des inneren Hydraulikmoduls 44 überträgt, biegen sich die Diaphragmas 88, um die relative axiale Bewegung zwischen den äußeren Befestigungsringen 84 und Kolben 86 aufzunehmen. Die Elastomerbuchse 62 biegt sich ebenfalls, um eine relative translatorische Bewegung zwischen dem inneren Zylinder 60 und dem äußeren Einsatz 64 aufzunehmen.
Wie oben beschrieben, sind eine obere Hydraulikkammer 92 und eine untere Hydraulikkammer 94 innerhalb des inneren Hydraulikmoduls 44 ausgebildet. Die obere Hydraulikkammer 92 ist durch das Volumen bestimmt, das durch den Zwischeneinsatz 58, den inneren Zylinder 60, die Elastomerbuchse 62 und die obere Diaphragmaanordnung 80 begrenzt oder gebunden wird; und die untere Hydraulikkammer 94 ist definiert, durch das Volumen, das durch den Zwischeneinsatz 58, den inneren Zylinder 60, die Elastomebuchse 62 und die untere Diaphragmaanordnung 82 begrenzt oder gebunden wird. Wie zuvor angemerkt, werden die Hydraulikkammern 92 und 94 durch die Elastomerbuchse 62 geteilt und sind durch ein oder mehrere Flüssigkeitsleitungen oder Öffnungen über flüssigkeitsverbunden (engl. fluidly coupled). In dem dargestellten Beispiel sind die Hydraulikkammern 92 und 94 insbesondere flüssigkeitsverbunden über eine spiralförmige Schwerkraftstrecke 96 (engl. inertia track), die in einem inneren umlaufenden Abschnitt des Zwischeneinsatzes 58 ausgebildet und durch den äußeren Einsatzring 64 begrenzt ist. Während der translatorischen Bewegung des inneren Hydraulikmoduls 44, wird Hydraulikflüssigkeit (gezeigt in 2) mittels der Kolben 86 durch die Schwerkraftstrecke 96 gezwungen und zwischen die Kammern 92 und 94, was in einer Dämpfung resultiert. Um die Dämpfungseigenschaften des inneren Hydraulikmoduls 44 zu optimieren, können, wie einem Fachmann von hydroelastischen Hülsen und Lager allgemein bekannt ist, die Form, Länge und der Querschnittsbereich der Schwerkraftstrecke 96 geeignet gewählt werden, um den Flüssigkeitsstrom durch die Schwerkraftstrecke 96 einzustellen. Dem zuvor beschriebenen nicht entgegenstehend, können die Hydraulikkammern 92 und 94 ebenso auch auf verschiedene andere Arten flüssigkeitsverbunden werden. Zum Beispiel kann in bestimmten Ausführungsformen mindestens eine Öffnung durch die Elastomerbuchse 62 und/oder durch den äußeren Einsatz 64 vorgesehen werden, um Hydraulikkammern 92 und 94 flüssigkeitsverbunden miteinander zu koppeln und dadurch eine Dämpfung durch Viskositätsverluste während einer translatorischen Bewegung der Hydraulikkolben 86 und der entsprechenden Durchbiegung der oberen Diaphragmaanordnung 80, der unteren Diaphragmaanordnung 82 und der Elastomerbuchse 62 zu erzielen. In noch weiteren Ausführungsformen kann das innere Hydraulikmodul 44 eine Schwerkraftstrecke ausgebildet, in verschiedenen Komponenten des Moduls 44, wie dem äußeren Ringeinsatz 64, aufweisen.
Obwohl nicht in den 2 und 3 aus Gründen der Klarheit gezeigt ist, kann das inneren Hydraulikmodul 44 ein oder mehrere Druckbegrenzungsventile (auch allgemein als ”Blas-” Ventile bekannt) aufweisen, die flüssigkeitsverbunden zwischen den Hydraulikkammern 92 und 94 vorgesehen sind. Zum Beispiel kann die Elastomerbuchse 62 derart geformt sein, dass sie einen Bypass-Durchfluss und mindestens eine Ventilklappen-Einrichtung aufweist, die in einer normalerweise geschlossenen Position ein Strömen von Flüssigkeit durch den Bypass-Durchfluss verhindert. Wenn der Druck innerhalb einer Hydraulikkammer (z. B. der unteren Hydraulikkammer 94) einen vorbestimmten Schwellenwert aufgrund einer abrupten und erheblichen vertikalen Geschwindigkeit des inneren Hydraulikmoduls 44 (z. B. wie es auftreten kann wenn das Fahrzeug über ein Schlagloch fährt) übersteigt, öffnet die Ventilklappen-Einrichtung, um einen Fluss von Hydraulikflüssigkeit von der unteren Hydraulikkammer 94 zu der oberen Hydraulikkammer 92 zu erlauben, während sie eine Öffnung oder eine Schwerkraftstrecke 96 überbrückt. Auf diese Weise kann eine Hydraulikflüssigkeit schnell aus einer Hydraulikkammer 94 (oder Kammer 92) evakuiert werden, um zu verhindern, dass der Innendruck unerwünscht hoch wird, wobei die Wahrscheinlichkeit einer Hydraulikflüssigkeitsleckage reduziert wird. In weiteren Ausführungsformen können andere Druckbegrenzungsventile eingesetzt werden und an anderen Stellen innerhalb des inneren Hydraulikmoduls 44 eingesetzt werden. In einer weiteren Implementierung können z. B. Druckbegrenzungsventile vom Typ Sitzventil (engl. poppet style) oder andere Druckbegrenzungsventile innerhalb eines keilförmigen Hohlraums vorgesehen werden, durch den äußeren Einsatzring 64.
Mit fortgesetztem Bezug auf die 2 und 3 weist das hydraulische Federbeinlager 10 weiter einen oberen Wegbegrenzer 98 (auch als ein ”Rückprall Wegbegrenzer” (engl ”rebound travel limiter”) bezeichnet) und einen unteren Wegbegrenzer 100 auf. In dem dargestellten Beispiel weist der obere Wegbegrenzer 98 die Form einer ersten becherförmingen Scheibe auf, welche fest an einem oberen Ende des inneren Zylinders 60 befestigt ist, das sich nach oben von dem inneren Hydraulikmodul 44 erstreckt. Der untere Wegbegrenzer 100 weist entsprechend die Form einer zweiten becherförmigen Scheibe auf, die fest an dem unteren Ende des inneren Zylinders 60 befestigt ist und sich von der unteren Seite oder Fläche des inneren Hydraulikmoduls 44 erstreckt. Während des Betriebs des zweiwegigen Federbeinlagers 10 wirkt der obere Wegbegrenzer 98 mit dem oberen primären Anschlagpuffer 68 und dem sekundären Anschlagpuffer 70 zusammen, um das axiale Auslenken oder Verbiegen des inneren Hydraulikmoduls 44 bzw. des äußeren Elastomermoduls 42 zu begrenzen. Vergleichsweise wirkt der untere Wegbegrenzer 100 mit dem unteren primären Anschlagpuffer 72 und dem unteren sekundären Anschlagpuffer 74 zusammen, um die axiale Auslenkung oder Verbiegung nach oben des inneren Hydraulikmoduls bzw. des äußeren Elastomermoduls zu begrenzen. Die Art und Weise, in welcher der untere Wegbegrenzer 100 mit den unteren Anschlagpuffern 72 und 74 zusammenwirkt, um die axiale Auslenkung oder Verbiegung nach oben der Module 42 und 44 zu begrenzen, ist im Folgenden in Verbindung mit den 4 bis 7 genauer beschrieben und die Art und Weise, in welcher der obere Wegbegrenzer 98 mit den oberen Anschlagpuffern 68 und 70 zusammenwirkt, um die axiale Auslenkung oder Verbiegung nach unten der Module 42 und 44 zu begrenzen, ist weiter unten mit Bezug auf 8 beschrieben.
4 ist eine Schnittansicht des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10 in einer normalen oder konstruktiv festgelegten Position. Wenn gewünscht, können das Hauptelastomerelement 46 und die Elastomerbuchse 62 derart geformt sein, dass sie eine vertikale Vorspannung (engl. vertical bias) aufweisen, um die statischen Vorlasteffekte aufgrund von Druck innerhalb des Hydraulikdämpfers 18 auszugleichen. Auf diese Weise kann, wenn im Fahrzeug eingebaut, die normale oder konstruktiv festgelegte Position erreicht werden. Die vertikale Vorspannung wird vorzugsweise an der inneren Buchse 62 angelegt, da sie eine vergleichsweise geringe axiale Steifigkeit aufweist. Vergleichbar können die obere Diaphragmaanordnung 80 und die untere Diaphragmaanordnung 82 in dem zusammengebauten Zustand vorgespannt werden, so dass, wenn sie im Fahrzeug eingebaut sind, die konstruktiv festgelegte Position erreicht wird. Ein hervorzuhebender Aspekt ist, dass das hydraulische Federbeinlager 10 derart ausgebildet ist, dass das innere Hydraulikmodul 44 eine Dämpfung für axiale Verschiebungen des hydraulischen Federbeinlagers 10 bereitstellt, die kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert sind, und hydraulisch relativ inaktiv ist für axiale Verschiebungen des hydraulischen Federbeinlagers 10, die den vorbestimmten Schwellenwert übersteigen. Wenn man die Verbiegung nach oben betrachtet oder die Verschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10, so wird der vorbestimmte Schwellenwert im Allgemein als die Breite des axialen Spalts bestimmt, der die obere Fläche oder Oberseite des unteren Wegbegrenzers 100 von dem unteren primäre Anschlagpuffer 72 trennt, wenn das hydraulische Federbeinlager 10 in der konstruktiv vorgesehene Position ist (gekennzeichnet in 4 durch die Pfeile 102). Wie weiter unten näher beschrieben wird, stellt das inneren Hydraulikmodul 44 eine verhältnismäßig weiche zentrierte Elastizitätsrate (engl. on-center elastic rate) bereit, die gut geeignet ist, um eine erhebliche Dämpfung bei Vibrationen mit einer kleinen Amplitude, welche mit SRS verbunden sind, bereitzustellen. Durch das Wählen der Breite des axialen Spalts, der den unteren Wegbegrenzer 100 von dem unteren primären Anschlagpuffer 72 in der konstruktiv vorgesehenen Position trennt, derart, dass er im Wesentlichen der Amplitude der Vibrationseingabecharakteristik von SRS entspricht, kann das hydraulische Federbeinlager 10 derart ausgebildet werden, um die Übertragung von Vibrationskräften mit kleiner Amplitude auf den Fahrzeugaufbau während eines SRS Ereignisses wirksam zu reduzieren. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist die Breite des axialen Spalts, die den unteren Wegbegrenzer 100 von dem unteren primären Anschlagpuffer 72 trennt, wenn das hydraulische Federbeinlager 10 in der konstruktiv vorgesehenen Position ist, und damit der vorbestimmte Schwellenwert vorzugsweise in einem Bereich zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 4 mm und besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen ungefähr 1,5 mm und ungefähr 2,5 mm ist. In dem dargestellten Beispiel ist die Breite des axialen Spalts, der den unteren Wegbegrenzer 100 von dem unteren primären Anschlagpuffer 72 in der konstruktiv vorgesehenen Position trennt, ungefähr 2 mm.
5 ist eine Schnittansicht eines zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10 nach einer Verschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10 nach oben und insbesondere eine nach oben Verschiebung des inneren Hydraulikmoduls 44 im Wesentlichen gleich dem Schwellenwert (z. B., 2 mm). Wie aus 5 entnommen werden kann, haben sich der innere Zylinder 60, der obere Wegbegrenzer 98 und der untere Wegbegrenzer 100 relativ zu dem äußeren Modul 42 nach oben bzw. aufwärts bewegt und der untere Wegbegrenzer 100 ist nun in Eingriff mit dem primären Anschlagpuffer 72. Wie oben ausgeführt, ist die axiale Steifigkeit des inneren Hydraulikmoduls 44 deutlich kleiner als die axiale Steifigkeit des äußeren Elastomermoduls 42. Als Ergebnis durchläuft das innere Hydraulikmodul 44 eine verhältnismäßig große axiale Verschiebung während das äußere Elastomermodul 42 eine verhältnismäßig kleine bis hin zu keiner axialen Verbiegung erfährt, wenn das hydraulische Federbeinlager 10 sich von der konstruktiv vorgesehenen Position (4) zu der teilweise gebogenen Position, wie in 5 gezeigt ist, bewegt. Beachtenswert ist, dass der Eingriff des unteren Wegbegrenzers 100 und des unteren primären Anschlagpuffers 72 im Allgemeinen eine weitere Aufwärtsbewegung des inneren Zylinders 60 verhindern. Indem dieses so erfolgt, bewirken der untere Wegbegrenzer 100 und der untere primäre Anschlagpuffer 72, dass das innere Hydraulikmodul 44 im Wesentlichen inaktiv ist für weitere Aufwärtsverschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10. Ferner führt das Begrenzen der relativen axialen Bewegung des inneren Zylinders 60 und des Zwischeneinsatzes 58 auf einen Teilbereich oder auf eine Teilmenge (engl. sub-set) eines vollen Verschiebungsbereichs des hydraulischen Federbeinlagers 10 auf diese Weise dazu, dass die auf das innere Hydraulikmodul 44 (und insbesondere auf die Elastomerbuchse 62 und die Diaphragmaanordnungen 80 und 82) aufgebrachte mechanische Belastung reduziert wird, die Beständigkeit des inneren Hydraulikmoduls 44 erhöht und die Wahrscheinlichkeit eine Hydraulikflüssigkeitsleckage minimiert wird.
In 6 ist eine Schnittansicht gezeigt des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10 nach einem weiteren nach oben Biegen des Federbeinlagers 10 und insbesondere einem nach oben Biegen des äußeren Elastomermoduls 42. Wie zuvor beschrieben, kommt der untere Wegbegrenzer 100 mit dem unteren primären Anschlagpuffer 72 in Eingriff oder Kontakt, wenn das zweiwegige hydraulische Federbeinlager 10 von der Konstruktions- oder Einbauposition (4) in eine teilweise nach oben gebogene Position, wie in 5 gezeigt ist, übergeht. Infolgedessen wird von der teilweise nach oben gebogenen Position, wie in 5 gezeigt ist, eine weitere Aufwärtsbewegung des inneren Zylinders 60 (oder genauer gesagt eine weitere translatorische Aufwärtsbewegung des inneren Zylinders 60 relativ zu dem Zwischeneinsatz 58), durch den Eingriff des unteren Wegbegrenzers 100 und des unteren primären Anschlagpuffers 72, im Wesentlichen verhindert. Das Hauptelastomerelement 46 des äußeren Elastomermoduls 42 ist dem entsprechend gezwungen sich zu verbiegen, um eine weitere axiale Aufwärtsverschiebung des hydraulischen Federbeins 10 über den Schwellenwert (z. B., 2 mm) zu erlauben. Infolgedessen tritt, bei einem Übergang von der nach oben gebogenen Position, wie sie in 5 gezeigt ist, zu der nach oben gebogenen Position, wie sie in 6 gezeigt ist, die axiale Verschiebung des hydraulischen Federbeins 10 hauptsächlich innerhalb des äußeren Elastomermoduls 42 auf. Als Ergebnis ist die axiale Steifigkeit des äußeren Elastomermoduls 42 vorwiegend bestimmend für die gesamte axiale Steifigkeit des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10 für axiale Verschiebungen des hydraulischen Federbeinlagers 10, die den vorbestimmten Schwellenwert (z. B., 2 mm) übersteigen. Auf diese Weise wirken das äußere Elastomermodul 42 und das innere Hydraulikmodul 44 während des Betriebs des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10 zusammen, um dem hydraulische Federbeinlager 10 ein einzigartiges, Axiallastverbiegungsprofil zu verleihen, wie im Folgenden in Verbindung mit 7 näher beschrieben wird.
7 ist ein Diagramm einer quasi statischen Federbeinlagerverbiegung (horizontale Achse) gegenüber einer Last (vertikale Achse), die ein beispielhaftes axiales Last-Verschiebungsprofile repräsentativ für ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager 10 darstellt. Die in 7 gezeigten und weiter unten beschriebenen Werte sind lediglich als Beispiel vorgesehen und werden zwangsläufig inmitten verschiedener Ausführungsformen variieren. Wie aus 7 entnommen werden kann, ist das statische axiale Last-Verschiebungsprofil des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10 im Allgemeinen über einen vorbestimmten axialen Verschiebungsbereich durch eine abschnittsweise Funktion und insbesondere durch eine vierstufige, abschnittsweise Funktion gekennzeichnet.
In dem darstellten Beispiel reicht die erste Stufe der abschnittsweisen Funktion (engl. piecewise function) (dargestellt in 7 durch ein erstes im Wesentlichen lineares Segment 110) von 0 mm bis ungefähr 2 mm (der Schwellenwert) und entspricht der axialen Aufwärtsverschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10 von seiner konstruktiv festgelegten Position (4) zu einer teilweise nach oben gebogenen Position (5). Wie oben erläutert, bildet, aufgrund der verhältnismäßig kleinen axialen Steifigkeit des inneren Hydraulikmoduls 44, die axiale Verschiebung des inneren Hydraulikmoduls 44 die Meiste der gesamten axialen Verschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10 über diesen Anfangsbereich der axialen Verschiebung (das innere Hydraulikmodul 44 und das äußere Elastomermodul 42 funktionieren im Wesentlichen als zwei in Reihe geschaltete Impedanzen; und, unter quasi-statischen Bedingungen als zwei in Reihe geschaltete Federn). Die axiale Steifigkeit des inneren Hydraulikmoduls 44 ist daher hauptsächlich bestimmend für das Segment 110 und kann geeignet angepasst werden, um eine Dämpfung der Vibrationscharakteristik mit kleiner Amplitude des SRS durch Dämpfungstätigkeit des hydraulischen Federbeins zu erreichen. Zur selben Zeit kann das Verhältnis eines radial-zu-axial Anteils des inneren Hydraulikmoduls 44 so gewählt werden, dass es verhältnismäßig hoch ist, um eine gewünschte Fahrzeugfahrt- und Handhabungseigenschaft für die axialen Verschiebungen des hydraulischen Federbeinlagers 10 bereitzustellen, die kleiner als der Schwellenwert (z. B. 2 mm) sind. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann der kombinierte Effekt des inneren Hydraulikmoduls 44 und des äußeren Elastomermoduls 42 einen vertikalen Anteil von ungefähr 150 Newton pro mm (N/mm), einen radialen Anteil von ungefähr 1.500 N/mm und daher ein Verhältnis von radialem-zu-axialem Anteil von 10:1 für axiale Verschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10, die kleiner als der Schwellenwert (z. B., 2 mm) sind, aufweisen.
Die zweite Stufe der abschnittsweisen Funktion (dargestellt in 7 durch das zweite Segment 111) stellt den nicht-linearen Anteil des Übergangsbereichs (engl. non-linear rate transition region) dar, der auftritt, als Ergebnis des Anfangskontakts des unteren Wegbegrenzers 100 und des unteren primären Anschlagpuffers 72 und der anfänglichen Stauchung des Anschlagpuffers 72. In der beispielhaften Ausführungsform ist die quasi-statische axiale Steifigkeit gekennzeichnet durch den Parallelfederbeitrag (engl. parallel spring contribution) der Schubsteifigkeit der Elastomerbuchse 62 und der Drucksteifigkeit des unteren primären Anschlagpuffers 72, welcher dann in Reihe mit der Schubsteifigkeit des Elastomerelements 46 kombiniert wird. Diese zweite Stufe reicht von ungefähr 2 mm (dem Schwellenwert) bis zu ungefähr 2.5 mm. Das Segment 111 drückt infolgedessen zeichnerisch diesen nicht-linearen Anteil des Übergangsbereichs aus.
Wie in 7 durch das Liniensegment 114 dargestellt ist, reicht die dritte Stufe des vierstufigen abschnittsweisen Profils von ungefähr 2.5 mm bis ungefähr 5 mm und entspricht dem nach oben Biegen des hydraulischen Federbeinlagers 10 von der nach oben gebogenen Position gezeigt in 5 zu der nach oben gebogenen Position gezeigt in 6. Während der dritten Stufe des abschnittsweisen Profils, erfolgt die schrittweise axiale Verschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10 im Wesentlichen aufgrund der Biegung des äußeren Elastomermoduls 42 (mit einem kleinen Anteil der schrittweisen Verschiebung des unteren primären Anschlagpuffers 72 und der Elastomerbuchse 62). Als Ergebnis ist die axiale Steifigkeit des äußeren Elastomermoduls 42 überwiegend bestimmend für das Segment 114. Das äußere Elastomermodul 42 kann infolgedessen derart ausgebildet werden eine progressive axiale Steifigkeit und ein Verhältnis eines radial-zu-axial Anteils bereitzustellen, die das Fahrzeug mit den gewünschten Fahrzeugfahrt- und Handhabungseigenschaften unter hohen dynamischen Lasten versieht für axiale Verschiebungen, die einen vorbestimmten Wert (z. B., 2.5 mm) überschreiten. Als ein nicht einschränkendes Beispiel können das innere Hydraulikmodul 44 und das äußere Elastomermodul 42 so gestaltet sein, dass sie einen vertikalen Anteil von ungefähr 700 Newton pro mm, einen radialen Anteil von ungefähr 2.000 N/mm bereitstellen und daher ein Verhältnis eines radial-zu-axial Anteils von ungefähr 3:1 für axiale Verschiebungen des hydraulischen Federbeinlagers 10, die größer als ein vorbestimmter Wert (z. B., 2.5 mm) sind. Wie zuvor beschrieben, ist die axiale Steifigkeit des äußeren Elastomermoduls 42 größer als die axiale Steifigkeit des inneren Hydraulikmoduls 44. Infolgedessen sind die Kraft-Biegungs-Gradienten des Segments 114 größer als die Kraft-Biegungs-Gradienten des Segments 110.
Die vierte und letzte Stufe der abschnittsweisen Funktion (dargestellt in 7 durch ein viertes Segment 116) stellt den Bereich des nicht-linearen Übergangsanteils dar, der auftritt, nachdem der untere Wegbegrenzer 100 in Eingriff oder Kontakt mit dem unteren sekundären Anschlagpuffer 74 kommt, wenn das zweiwegige hydraulische Federbeinlager 10 die nach oben gebogene Position, wie sie in 6 gezeigt ist, übersteigt. In dem dargestellten Beispiel berührt der untere Wegbegrenzer 100 den unteren sekundären Anschlagpuffer 74 nachdem das hydraulische Federbeinlager 10 eine axiale Verschiebung von ungefähr 8 mm erfährt. Aufgrund des Eingriffs des unteren Wegbegrenzers 100 und des unteren sekundären Anschlagpuffers 74 werden deutlich höhere axiale Lasten benötigt, um eine weitere axiale Verschiebung des hydraulischen Federbeilagers 10 nach oben zu bewirken. Das Segment 116 drückt somit graphisch die Progression des nicht-linearen Anteils aus, benötigt zum weiteren Biegen des hydraulischen Federbeinlagers 10 nachdem in Eingriff oder Kontakt kommen des unteren Wegbegrenzers 100 und des unteren sekundären Anschlagpuffers 74.
Das Vorhergehende stellt demzufolge eine beispielhafte Ausführungsform eines zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers bereit zur Verwendung mit einer Fahrzeugfederbeinanordnung, die wirksam in der Dämpfung von mit SRS verbundenen Vibrationskräften mit einer kleinen Amplitude ist. In der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform stellt das hydraulische Federbeinlager einen verhältnismäßig weichen, quasi-statischen, zentralen (engl. on-center) axialen elastischen Anteil für vertikale Verschiebungen kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert (z. B., Verschiebungen die gleich oder kleiner als ungefähr 1–4 mm sind) bereit, während es außerdem eine progressive axiale Steifigkeit für vertikale Verschiebungen bereitstellt, die den Schwellenwert überschreiten. Eine Dämpfung durch die Maßnahme des Verschiebens von Flüssigkeit innerhalb des oberen Lagers wird während des Bereichs einer relativ hohen quasi-statischen Compliance bereitgestellt, ansonsten ist sie nicht verfügbar für den Stoß, welcher teilweise, mit Unterbrechungen oder vollständig von diesen relativ kleinen Verschiebungen erfasst wird. Zusätzlich stellt das oben beschriebene Federbeinlager eine verhältnismäßig hohe radiale Steifigkeit bereit, um einem Fahrzeug ein gewünschtes Fahrprofil und Handhabungsprofil zu verleihen, das unter größeren Kurvenfahrt- oder dynamischen Lenkbelastungen betrieben wird. Ferner ist, zumindest teilweise, infolge des begrenzten Betriebsbereichs des inneren Hydraulikmoduls, das oben beschriebene Federbeinlager relativ langlebig und unempfindlich für eine Leckage von Hydraulikflüssigkeit. Ein noch weiterer Vorteil ist, dass das oben beschriebene, beispielhafte hydraulische Federbeinlager unter Verwendung von gängigen Fabrikationsprozessen gut herzustellbar ist.
Während vorhergehend ein beispielhaftes axiales Last-Verschiebungsprofil beschrieben wurde, in Verbindung mit der vertikalen Verschiebung des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers 10 nach oben, soll angenommen werden, dass die vertikale Verschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10 nach unten ebenso durch das gleiche oder ähnliche mehrstufige, abschnittsweise axiale Last-Verschiebungsprofil gekennzeichnet ist. Diesen Punkt weiter hervorhebend stellt 8 ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager 10 nach einer vollen Durchbiegung dar; z. B. nach einer axialen Verschiebung nach unten von zum Beispiel ungefähr 7 mm. Wie es vorher der Fall mit dem unteren Wegbegrenzer 100 und dem unteren primären Anschlagpuffer 72 war, trennt ein axialer Spalt den oberen Wegbegrenzer 98 und den oberen primären Anschlagpuffer 68 (dargestellt in 4 durch den Pfeil 118). Wenn sich der innere Zylinder 60 axial nach unten entlang eines ersten Bewegungsbereichs (z. B. aufgrund eines Rückpralls nach einer anfänglichen axialen Verschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10 nach oben) bewegt, bewegt sich der obere Wegbegrenzer 98 hin zu und berührt letztlich den oberen primären Anschlagpuffer 68. Über diesen Bewegungsbereich arbeitet das innere Hydraulikmodul 44 in einem Aktivmodus und bestimmt hauptsächlich die axiale Last-Verschiebungscharakteristik des hydraulischen Federbeinlagers 10. Nochmals dieser Bewegungsbereich kann 0 bis ungefähr 2 mm betragen und ist graphisch durch das Segment 110 dargestellt, gezeigt in 7. Nachdem der obere Wegbegrenzer 98 in Kontakt oder Eingriff mit dem oberen primären Anschlagpuffer 68 kommt, ist das innere Hydraulikmodul 44 gewissermaßen deaktiviert und die Biegung des äußeren Elastomermoduls 42 wird benötigt, um die zusätzliche axiale Verschiebung des hydraulischen Federbeinlagers 10 zu erlauben. Ein kurzer nicht linearer Übergangsbereich ist gekennzeichnet durch die anfängliche Biegung des primären Anschlagpuffers 68 (zweite Stufe des abschnittsweisen Profils, dargestellt durch das Segment 111 in 7). Über die dritte Stufe des abschnittsweisen Profils (dargestellt durch das Segment 114 in 7) ist die axiale Steifigkeit des äußeren Elastomermoduls 42 überwiegend bestimmend für die axiale Last-Verschiebungscharakteristik des hydraulischen Federbeinlagers 10. Als ein Beispiel kann die dritte Stufe von ungefähr 2.5 mm bis ungefähr 7 mm reichen und im Allgemeinen dem linienförmigen Segment 114 entsprechen, wie es in 7 gezeigt ist. Wie in 8 dargestellt ist, berührt der obere Wegbegrenzer 98 den unteren sekundären Anschlagpuffer 70 am Ende der dritten Stufe und ferner ist die axiale Biegung nach unten im Allgemeinen gekennzeichnet durch einen nicht-linearen Progressionsanteil (engl. non-linear rate progression) mit einem verhältnismäßig steilen Gefälle (engl. steep slope) und entspricht im Allgemeinen dem Liniensegment 116, wie es in 7 gezeigt ist.
Obwohl in der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform das Federbeinlager ein inneres Hydraulikmodul aufweist, das in einem äußeren Elastomermodul angeordnet ist, ist dies nicht liberall erforderlich. In weiteren Ausführungsformen können einzigartige, mehrstufige axial-Last-Biegungsprofile des Federbeinlagers erzielt werden, unter Verwendung anderer Kombinationen von Elastomer- und/oder Hydraulikmodulen, vorausgesetzt, dass das Federbeinlager aufweist: (i) ein äußeres Modul mit einer ersten axialen Steifigkeit, (ii) ein inneres Modul, das in dem äußeren Modul befestigt ist, und eine zweite axiale Steifigkeit aufweist, die kleiner als die erste axiale Steifigkeit ist, und (iii) ein Wegbegrenzer, der fest mit dem inneren Modul gekoppelt ist und normalerweise zu dem äußeren Modul um einen axialen Spalt versetzt angeordnet ist. In solchen Ausführungsformen kann der Wegbegrenzer ausgebildet sein, um in das äußere Modul einzugreifen, nachdem eine vorbestimmte axiale Verschiebung des Federbeinlagers erfolgt ist, um den axialen Bewegungsbereich des inneren Moduls zu begrenzen und dabei das Federbeinlager mit einem quasi-statischen axialen Last-Verschiebungsprofil zu versehen, das zumindest teilweise gekennzeichnet ist durch eine abschnittsweise Funktion, wie die oben in Verbindung mit Bezug auf 7 beschriebene abschnittsweise Funktion.
Während mindestens ein Ausführungsbeispiel in der vorgenannten detaillierten Beschreibung dargestellt wurde, soll davon ausgegangen werden, dass eine Vielzahl von Variationen existieren. Es soll davon ausgegangen werden, dass das Ausführungsbeispiel oder die Ausführungsbeispiele lediglich Beispiele sind und nicht dazu gedacht sind den Schutzumfang, die Anwendbarkeit oder den Aufbau der Erfindung in irgendeiner Weise zu beschränken. Mehr noch will die vorgenannte detaillierte Beschreibung dem Fachmann einen geeigneten Fahrplan zum Implementieren eines Ausführungsbeispiels der Erfindung bereitstellen. Es soll so verstanden werden, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und in der Anordnung der Elemente, beschrieben in einem Ausführungsbeispiel, durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzumfang wie in den beigefügten Ansprüchen abzuweichen.
Weitere Ausführungsformen

1. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager oder Stützlager aufweisend: ein äußeres Elastomermodul; und ein inneres Hydraulikmodul, welches in dem äußeren Elastomermodul angeordnet oder befestigt ist, wobei das innere Hydraulikmodul ausgebildet ist, um in einem aktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers zu arbeiten, die kleiner als ein Schwellenwert sind und in einem im Wesentlichen inaktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers, die größer als der Schwellenwert sind.
2. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 1, wobei der Schwellenwert zwischen ungefähr 1 Millimeter und ungefähr 4 Millimeter liegt.
3. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 1, wobei ein axiales Last-Verschiebungsprofil des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers im Wesentlichen durch eine abschnittsweise Funktion über einen vorbestimmten axialen Verschiebungsbereich gekennzeichnet ist.
4. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 3, wobei die abschnittsweise Funktion aufweist: ein erstes im Wesentlichen lineares Segment; und zusätzliche Segmente im Anschluss an das erste im Wesentlichen lineare Segment, wobei die Steigung oder Neigung jedes der zusätzlichen Segmente größer als die Steigung oder Neigung des ersten im Wesentlichen linearen Segments ist.
5. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 4, wobei die Steigung oder Neigung des ersten im Wesentlichen linearen Segments vorwiegend durch die axiale Steifigkeit des inneren Hydraulikmoduls bestimmt ist.
6. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 5, wobei die Steigung oder Neigung der zusätzlichen Segmente vorwiegend durch die axiale Steifigkeit des äußeren Elastomermoduls bestimmt ist.
7. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 1, wobei die axiale Verschiebung des zweiwegigen Federbeinlagers oder Stützlagers hauptsächlich gebildet wird durch: (i) Biegen des inneren Hydraulikmoduls für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federrbeinlagers oder Stützlagers, die kleiner als der Schwellenwert sind, und (ii) Biegen des äußeren Elastomermoduls für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers, die größer als der Schwellenwert sind.
8. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 1, wobei in dem axialen Dämpfungsmodus die axiale Steifigkeit des inneren Hydraulikmoduls kleiner ist als die axiale Steifigkeit des äußeren Elastomermoduls.
9. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 1, wobei das innere Hydraulikmodul einen Hydraulikkolben aufweist, der ausgebildet ist, wenn das innere Hydraulikmodul im axialen Dämpfungsmodus ist, sich relativ zu dem äußeren Elastomermodul zu bewegen.
10. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 9, ferner aufweisend einen Wegbegrenzer der fest mit dem Hydraulikkolben verbunden oder gekoppelt und ausgebildet ist in Verbindung mit diesem sich zu bewegen.
11. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 10, wobei das zweiwegige hydraulische Federbeinlager oder Stützlager sich normalerweise in einer konstruktiv vorgesehen Position befindet und einen Anschlagpuffer aufweist, der von dem Wegbegrenzer durch einen axialen Spalt getrennt ist, wenn das zweiwegige hydraulische Federbeinlager oder Stützlager in der konstruktiv vorgesehenen Position ist.
12. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 11, wobei der Wegbegrenzer mit dem Anschlagpuffer in Eingriff oder Kontakt ist, wenn die axiale Verschiebung des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers im Wesentlichen gleich dem Schwellenwert ist.
13. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 11, wobei das äußere Elastomermodul ferner aufweist: einen äußeren Einsatz; einen Zwischeneinsatz; und ein Hauptelastomerelement, das zwischen dem äußeren Einsatz und dem Zwischeneinsatz angegordnet ist und eine zentrale Öffnung aufweist, in welcher das innere Hydraulikmodul vorgesehen ist.
14. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 13, wobei der Anschlagpuffer sich axial von dem Hauptelastomerelement unmittelbar zu dem inneren Hydraulikmodul erstreckt.
15. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 13, wobei das innere Hydraulikmodul ferner aufweist: einen inneren Zylinder, der in der zentralen Öffnung angeordnet und mit dem Kolben gekoppelt ist; und erste und zweite Diaphragmaanordnungen, die sich von dem inneren Zylinder zu dem Zwischeneinsatz des äußeren Elastomermoduls erstrecken, wobei die ersten und zweiten Diaphragmaanordnungen ausgebildet sind sich zu verbiegen, um die axiale Translationbewegung des inneren Zylinders aufzunehmen.
16. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 15, ferner aufweisend: erste und zweite flüssigkeitsverbundene Hydraulikkammern innerhalb des inneren Hydraulikmoduls; und eine Elastomerbuchse die sich von dem Zwischeneinsatz zu dem inneren Zylinder erstreckt und im Wesentlichen die ersten und zweiten flüssigkeitsverbundenen Hydraulikkammern trennt.
17. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 16, wobei die ersten und zweiten flüssigkeitsverbundenen Hydraulikkammern durch eine Öffnung, eine Schwerkraftstrecke oder eine Kombination davon flüssigkeitverbunden sind.
18. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Ausführungsform 13, wobei der Anschlagpuffer den Zwischeneinsatz überdeckt oder überlagert.
19. Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager aufweisend: ein äußeres Modul, welches eine erste axiale Steifigkeit aufweist; ein inneres Modul, das in dem äußeren Modul angeordnet oder befestigt ist und eine zweite axiale Steifigkeit aufweist, die kleiner als die erste axiale Steifigkeit ist; und ein Wegbegrenzer, der fest mit dem inneren Modul verbunden oder gekoppelt ist und normalerweise durch einen axialen Spalt zu dem äußeren Modul versetzt ist, wobei der Wegbegrenzer ausgebildet ist, mit dem äußeren Modul in Eingriff oder Kontakt zu kommen nach einer vorbestimmten axialen Verschiebung des zweiwegigen Federbeinlagers oder Stützlagers, um den axialen Bewegungsbereich des inneren Moduls zu begrenzen und dem zweiwegigen Federbeinlager oder Stützlager ein axiales Last-Verschiebungs-Profil zu verleihen, das im Wesentlichen durch eine abschnittsweise Funktion gekennzeichnet ist.
20. Ein Fahrzeugdämpfungssystem zur Verwendung an Bord eines Fahrzeugs, das einen Fahrzeugaufbau aufweist, wobei das Fahrzeugdämpfungssystem aufweist: eine Federbeinanordnung oder Stützlageranordnung; und ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager oder Stützlager aufweisend: ein äußeres Elastomermodul, das ausgebildet ist in dem Fahrzeugaufbau befestigt zu werden; und ein inneres Hydraulikmodul, das in dem äußeren Elastomermodul vorgesehen oder befestigt ist und mit der Federbeinanordnung oder Stützlageranordnung gekoppelt ist, wobei das innere Hydraulikmodul ausgebildet ist, in einem aktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen kleiner als ein Schwellenwert des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers zu arbeiten und in einem im Wesentlichen inaktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers oder Stützlagers zu arbeitem, die größer als der Schwellenwert sind.

Claims

Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager aufweisend: ein äußeres Elastomermodul; und ein inneres Hydraulikmodul, welches in dem äußeren Elastomermodul angeordnet ist, wobei das innere Hydraulikmodul ausgebildet ist, um in einem aktiven Dämpfungsmodus zu arbeiten für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers, die kleiner als ein Schwellenwert sind und in einem im Wesentlichen inaktiven Dämpfungsmodus zu arbeiten für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers, die größer als der Schwellenwert sind.
Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Anspruch 1, wobei der Schwellenwert zwischen ungefähr 1 Millimeter und ungefähr 4 Millimeter liegt.
Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein axiales Last-Verschiebungsprofil des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers im Wesentlichen durch eine abschnittsweise Funktion über einen vorbestimmten axialen Verschiebungsbereich gekennzeichnet ist.
Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Anspruch 3, wobei die abschnittsweise Funktion aufweist: ein erstes im Wesentlichen lineares Segment; und zusätzliche Segmente im Anschluss an das erste im Wesentlichen lineare Segment, wobei die Steigung jedes der zusätzlichen Segmente größer als die Steigung des ersten im Wesentlichen linearen Segments ist.
Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die axiale Verschiebung des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers hauptsächlich gebildet wird durch: (i) Biegen des inneren Hydraulikmoduls für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers, die kleiner als der Schwellenwert sind, und (ii) Biegen des äußeren Elastomermoduls für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers, die größer als der Schwellenwert sind.
Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem aktiven Dämpfungsmodus die axiale Steifigkeit des inneren Hydraulikmoduls kleiner ist als die axiale Steifigkeit des äußeren Elastomermoduls.
Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das innere Hydraulikmodul einen Hydraulikkolben aufweist, der ausgebildet ist, wenn das innere Hydraulikmodul im aktiven Dämpfungsmodus ist, sich relativ zu dem äußeren Elastomermodul zu bewegen, und insbesondere ferner aufweisend einen Wegbegrenzer der fest mit dem Hydraulikkolben gekoppelt und ausgebildet ist sich in Verbindung mit diesem zu bewegen.
Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Anspruch 7, wobei das zweiwegige hydraulische Federbeinlager sich normalerweise in einer konstruktiv vorgesehen Position befindet und einen Anschlagpuffer aufweist, der von dem Wegbegrenzer durch einen axialen Spalt getrennt ist, wenn das zweiwegige hydraulische Federbeinlager sich in der konstruktiv vorgesehenen Position befindet.
Ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Wegbegrenzer mit dem Anschlagpuffer in Kontakt ist, wenn die axiale Verschiebung des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers im Wesentlichen gleich dem Schwellenwert ist.
Ein Fahrzeugdämpfungssystem zur Verwendung an Bord eines Fahrzeugs, das einen Fahrzeugaufbau aufweist, wobei das Fahrzeugdämpfungssystem aufweist: eine Federbeinanordnung; und ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager, insbesondere ein zweiwegiges hydraulisches Federbeinlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, aufweisend: ein äußeres Elastomermodul, das ausgebildet ist in dem Fahrzeugaufbau befestigt zu werden; und ein inneres Hydraulikmodul, das in dem äußeren Elastomermodul vorgesehen ist und mit der Federbeinanordnung gekoppelt ist, wobei das innere Hydraulikmodul ausgebildet ist, in einem aktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers die kleiner als ein Schwellenwert sind zu arbeiten und in einem im Wesentlichen inaktiven Dämpfungsmodus für axiale Verschiebungen des zweiwegigen hydraulischen Federbeinlagers die größer als der Schwellenwert sind zu arbeiten.