DE102013105326A1

DE102013105326A1 - Hydraulische Buchse

Info

Publication number: DE102013105326A1
Application number: DE102013105326.2A
Authority: DE
Inventors: Oliver Breiden; Philipp Werner
Original assignee: Trelleborg Vibracoustic GmbH
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2013-05-23
Filing date: 2013-05-23
Publication date: 2014-11-27
Anticipated expiration: 2033-05-24
Also published as: DE102013105326B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Buchse (10) mit einer Außenbuchse (12), einem Lagerkern (14) und einem Elastomerkörper (42), der zwischen der Außenbuchse (12) und dem Lagerkern (14) angeordnet ist. Der Elastomerkörper (42) begrenzt zwei mit einem Fluid gefüllte Kammern (44, 46), die über einen Durchgang (48, 50) miteinander verbunden sind, dem ein Ventil (52, 54) zugeordnet ist. Der Elastomerkörper (42) weist eine Entkopplungsmembran (56) auf, die zwischen dem Durchgang (48, 50) und einem in dem Elastomerkörper (42) eingebrachten Hohlraum (58) angeordnet ist. Da die Entkopplungsmembran (56) außerhalb des Lastpfades angeordnet ist, wird deren Funktionsweise durch statische Auslenkungen nicht beeinträchtigt.

Description

Die Erfindung betrifft eine hydraulische Buchse mit einer Außenbuchse, einem Lagerkern und einem Elastomerkörper, der zwischen der Außenbuchse und dem Lagerkern angeordnet ist und wenigstens zwei mit einem Fluid gefüllte Kammern begrenzt, wobei die Kammern über einen Durchgang miteinander verbunden sind, dem ein Ventil zugeordnet ist.
Derartige hydraulische Buchsen werden insbesondere im Fahrwerksbereich zur Dämpfung von Schwingungen in Folge von Unwuchterregungen an der in Fahrtrichtung vorderen Achse von Personenkraftwagen eingesetzt. Hierbei führen die eingeleiteten Schwingungen zu einer Relativbewegung von Kern und Außenhülse, wobei das Volumen einer Kammer vergrößert und gleichzeitig das Volumen der anderen Kammer verkleinert wird. Dadurch erfährt das Fluid einen Differenzdruck, so dass das Fluid von der Kammer mit dem verringerten Volumen zu der Kammer mit dem vergrößerten Volumen über den Dämpfungskanal fließt. Infolge des geringen Durchmessers des Dämpfungskanals und damit verbundener Reibung durch die Viskosität des Fluids oder durch Tilgereffekte des Fluids im Kanal werden die eingeleiteten Schwingungen bedämpft.
Insbesondere im akustisch relevanten Bereich, das heißt bei hochfrequenten Schwingungen kleiner Amplituden, kommt es bei herkömmlichen Hydrobuchsen zu einem Anstieg der dynamischen Steifigkeit. Aufgrund von Trägheitseffekten kann die Flüssigkeit nicht mehr den anregenden Schwingungen folgend den Dämpfungskanal durchströmen. Schwingungsbedingte Volumenänderungen führen dazu, dass sich die Membranen des Elastomerkörpers dehnen müssen, der Innendruck in den Kammern nimmt zu. Da zur statischen Steifigkeit nun die Membransteifigkeit hinzu addiert werden muss, ist die resultierende Steifigkeit gegenüber der Ausgangssteifigkeit deutlich erhöht. Hinzu kommt der Effekt der dynamischen Verhärtung von Gummimischungen bei kleinen Amplituden, der auch unter dem Namen Payne-Effekt bekannt ist. Beide Effekte führen zu einer hohen dynamischen Steifigkeit des Lagers, die zu schlechten akustischen Eigenschaften, das heißt zu einer geringen Isolation durch das Lager führt. Dies ist für den Fahrzeuginsassen akustisch wahrnehmbar.
Werden die Fluidkammern durch dicke seitliche Membranen begrenzt, so sind diese naturgemäß robuster als dünne seitliche Membranen. Lokale Dehnungen bei Belastungen können sinken, altersbedingte Oberflächenrisse benötigen länger, bis sie durch die Membranen fortgeschritten sind und zu Leckage führen. Auch können dickere Membranen einen signifikanten Beitrag zur statischen Steifigkeit des Lagers leisten. Allerdings führen dicke Membranen zu einer höheren dynamischen Steifigkeit des Lagers, wenn die Summe der Blähsteifigkeiten aller die Kammer umgebenden Membranen hoch ist. Hohe dynamische Steifigkeiten bei hohen Frequenzen wiederum führen zu schlechten akustischen Eigenschaften der Buchsen und sind somit unerwünscht.
Dünne Membranen hingegen führen zu niedrigen dynamischen Steifigkeiten und sind akustisch vorteilhaft. Allerdings tragen sie kaum zur statischen Steifigkeit des Lagers bei, weisen sehr schnell hohe Dehnungen auf und können im Einzelfall sogar bis zur Leckage durchscheuern.
Aus der DE 10 2008 058 239 A1 ist eine hydraulisch dämpfende Buchse der eingangs genannten Art bekannt, die einen Kern, eine Außenhülse und einen zwischen dem Kern und der Außenhülse angeordneten Elastomerkörper aufweist. Durch den Elastomerkörper wird der Innenraum der Buchse in zwei Arbeitskammern unterteilt, die über einen Kanal miteinander verbunden sind. Ferner ist ein als Rampenventil ausgebildetes Ventil vorgesehen.
Aus der DE 101 46 154 B4 ist eine hydraulisch dämpfende Buchse bekannt, die eine Arbeitskammer und eine Ausgleichskammer aufweist, die über einen Kanal miteinander verbunden sind. Der Arbeitskammer ist eine Entkopplungsmembran zugeordnet, die bei Schwingungen mit hohen Frequenzen und kleinen Amplituden die Dämpfung entkoppelt. Hierdurch wird eine dynamische Verhärtung der Buchse vermieden.
Bei den bekannten Hydrobuchsen werden die Entkopplungsmembranen bei jeder Auslenkung des Lagers belastet, auch wenn diese Auslenkung quasistatisch ist, das heißt so langsam durchgeführt wird, dass sich ein Druckausgleich zwischen den Fluidkammern über die Kanäle einstellen kann. Hierdurch werden die Membranen sowohl durch die hydraulischen Drücke, als auch durch die statische Auslenkung belastet. Eine geringere Lebensdauer im Vergleich zu Membranen, die nicht durch die Relativbewegung von Kern und Außenrohr belastet werden, ist die Folge.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulisch dämpfende Buchse vorzuschlagen, bei der die Wirksamkeit der Entkopplung bei allen Betriebszuständen gewährleistet ist und die gleichzeitig eine hohe Lebensdauer der Membranen aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die hydraulische Buchse nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die erfindungsgemäße Buchse ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper eine zusätzliche Entkopplungsmembran aufweist, die zwischen dem Durchgang und einem in dem Elastomerkörper eingebrachten Hohlraum angeordnet ist. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Entkopplungsmembran wird erreicht, dass diese außerhalb des Lastpfades liegt und durch statische Auslenkungen nicht beansprucht wird. Hierdurch ist eine wirksame Entkopplung bei allen Betriebszuständen gewährleistet. Insbesondere wird die Entkopplungsmembran nicht durch statische Auslenkungen der Buchse beansprucht.
Vorteilhaft sind die Kammern durch zwei Durchgänge miteinander verbunden, denen jeweils ein Ventil und eine Entkopplungsmembran zugeordnet sind. Dabei sind die Ventile so ausgebildet, dass sie den Durchgang nur in einer Strömungsrichtung freigeben.
Um die Herstellung zu vereinfachen, ist die Entkopplungsmembran vorteilhaft einstückig mit dem Elastomerkörper ausgebildet, wobei auf der fluidabgewandten Seite der Entkopplungsmembran ein Hohlraum untergebracht ist, der mit der Umgebungsluft verbunden sein kann.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in dem Elastomerkörper ein Käfig einvulkanisiert, der ein Membranfenster aufweist, an dem die Entkopplungsmembran angeordnet ist.
Die Entkopplungsmembran kann sich über das gesamte Membranfenster erstrecken oder nur über Teile das Membranfensters. Die gewünschte Entkopplungswirkung lässt sich über die Wahl der Größe der Entkopplungsmembran, das heißt, die Ausdehnung im Membranfenster, einstellen.
Vorteilhaft weist der Käfig beabstandete Stege auf, die sich in Axialrichtung des Käfigs erstrecken und das Membranfenster begrenzen.
Vorteilhaft weist der Steg zwei in Axialrichtung beabstandete ringförmige Endstücke auf, die über die in Umfangsrichtung beabstandeten Stege miteinander verbunden sind.
Das Ventil ist vorteilhaft ein Rampenventil, wobei das Rampenventil vorzugsweise aus einem Elastomer hergestellt ist und weiter vorzugsweise an dem Elastomerkörper anvulkanisiert ist.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ventil im Bereich der Entkopplungsmembran angeordnet. Diese nahe der entkoppelten Entkopplungsmembran platzierten Überdruckventile schützen die sehr blähweiche Entkopplungsmembran vor zu hohen Belastungen aufgrund von Druckspitzen etwa durch starke Bremsmanöver.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in jedem Durchgang ein Ventil angeordnet, wobei das Ventil den zugeordneten Durchgang nur in einer festgelegten Strömungsrichtung freigibt.
Vorteilhaft ist ein mit dem Lagerkern zusammenwirkender Anschlag vorgesehen, um Beschädigungen der Buchse aufgrund von hohen Kräften und Momenten zu vermeiden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Anschlag als separates Anschlagteil ausgebildet, das in einer Aussparung des Käfigs eingesetzt ist.
Vorteilhaft ist ein erster Anschlag einem zweiten Anschlag gegenüberliegend angeordnet, wobei der Kern zwischen dem ersten Anschlag und dem zweiten Anschlag angeordnet ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist dem Durchgang ein die Kammern verbindender Kanal parallel geschaltet.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierin zeigen:
1 einen Vertikalschnitt durch die erfindungsgemäße Buchse;
2 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Buchse gemäß 1;
3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Buchse; und
4 eine perspektivische Ansicht des Käfigs der hydraulischen Buchse gemäß 1.
Die in 1 dargestellte hydraulische Buchse 10 umfasst eine Außenbuchse 12 und einen koaxial hierzu angeordneten Lagerkern 14, der sich über einen Elastomerkörper 42 an der Außenbuchse 12 abstützt. Die Außenbuchse 12 weist einen Innenraum 18 auf, in dem der Lagerkern 14 angeordnet ist.
In dem Elastomerkörper 42 ist ein Käfig 20 einvulkanisiert, der aus Kunststoff besteht. 4 zeigt eine perspektivische Darstellung des Käfigs 20. Der Käfig 20 weist zwei ringförmige Endstücke 22, 24 auf, die in Axialrichtung beabstandet sind. Die Endstücke 22, 24 sind über Stege 28, 30 miteinander verbunden, die in Umfangsrichtung beabstandet sind. Durch die beiden beabstandeten Stege 28, 30 wird ein Fenster 32 begrenzt.
Wie aus 1 hervorgeht, unterteilt der Elastomerkörper 42 einen Innenraum 18 der hydraulischen Buchse 10 in eine erste Kammer 44 und eine zweite Kammer 46. Die erste Kammer 44 ist über einen ersten Durchgang 48 mit der zweiten Kammer 46 verbunden. In dem ersten Durchgang 48 ist ein erstes Ventil 52 vorgesehen, das am Außenumfang des Käfigs 20 anvulkanisiert ist.
Die zweite Kammer 46 ist über einen Durchgang 50 mit der ersten Kammer 44 verbunden. In dem Durchgang 50 ist ein zweites Ventil 54 vorgesehen.
Die Ventile 52, 54 sind jeweils als Rampenventil ausgebildet, so dass die Strömung des Fluids jeweils nur in eine Umfangsrichtung erfolgen kann.
An den Durchgängen 48, 50 ist jeweils eine dünne Entkopplungsmembran 56 vorgesehen, die an dem Fenster 32 des Käfigs 20 anvulkanisiert ist. Jeder Entkopplungsmembran 56 ist eine in dem Elastomerkörper 42 eingebrachte Hohlkammer 58 zugeordnet. Somit ist die Entkopplungsmembran 56 zwischen dem Durchgang 48, 50 und der mit Luft befüllten Hohlkammer 58 positioniert. Die Entkopplungsmembranen 56 sind weich und nachgiebig ausgelegt, so dass bei kleinen Erregeramplituden die Dämpfung entkoppelt wird. Die Entkopplungsmembranen 56 erstrecken sich über die gesamte Breite der Durchgänge 48, 50.
Die Ventile 52, 54 sind als Rampenventil ausgebildet und jeweils im Bereich der Entkopplungsmembran 56 angeordnet. Hierdurch wird bei hohen Drucken ein schnelles Ansprechen der Ventile erzielt, wodurch Beschädigungen der Entkopplungsmembran 56 vermieden werden.
2 zeigt eine erste Ausführungsform der Buchse 10, bei der die Seitenwände 16, 17 des Elastomerkörper 42 eine relativ große Dicke aufweisen. Demgegenüber sind bei der in 3 dargestellten Buchse 10 die Seitenwände 16, 17 wesentlich dünner ausgeführt. Die in 3 dargestellte Ausführungsform wird vor allem in hydraulischen Buchsen verwendet, in denen keine Entkopplungsmembran 56 verwendet wird.
Weiterhin weist die Buchse 10 Anschläge 36, 38 auf, die mit dem Lagerkern 14 zusammenwirken und dessen Auslenkung begrenzen. Hierdurch werden Beschädigungen der Buchse 10 durch Überbeanspruchung vermieden. Die Anschläge 36, 38 sind jeweils als separates Anschlagteil ausgebildet, das in eine Aussparung in dem Käfig 20 eingesetzt ist.
Nachfolgend wird die Funktionsweise der hydraulischen Buchse 10 erläutert.
Wird der Lagerkern 14 in 1 nach oben ausgelenkt, so wird das Volumen der ersten Kammer 44 verringert, wodurch Fluid verdrängt wird. Bei Überschreiten eines Grenzdruckes öffnet das in dem Durchgang 48 angeordnete Ventil 42, wodurch Fluid von der ersten Kammer 44 in die zweite Kammer 46 fließen kann. In prinzipiell gleicher Weise führt die Auslenkung des Lagerkerns 14 in 1 nach unten zu einer Kompression der zweiten Kammer 46, wodurch Flüssigkeit in den Durchgang 50 verdrängt wird.
Dies tritt insbesondere bei statischen Belastungen und Schwingungen mit großer Amplitude auf. Durch das Überströmen des Fluids und die in dem Durchgang 48 schwingende Flüssigkeitssäule wird eine Dämpfung von auftretenden Schwingungen erzielt.
Bei hochfrequenten Schwingungen mit kleiner Amplitude tragen die dünnen Entkopplungsmembranen 56 zur Entkopplung bei. Somit werden die hochfrequenten Schwingungen von der Dämpfung entkoppelt, wodurch die akustischen Eigenschaften verbessert werden. Eine Beschädigung der Entkopplungsmembran 56 wird durch das im Bereich der Entkopplungsmembran 56 angeordnete Ventil 52, 54 verhindert.
Da die in den Durchgängen 48, 50 angeordneten Entkopplungsmembranen 56 außerhalb des Lastpfades liegen, werden diese nicht durch statische Auslenkungen des Lagerkerns 14 beansprucht. Somit ist deren Funktionsweise in allen Betriebszuständen gewährleistet.
Bezugszeichenliste

10: Hydraulische Buchse
12: Außenbuchse
14: Lagerkern
16: Seitenwand
17: Seitenwand
18: Innenraum
20: Käfig
22: Endstück
24: Endstück
28: Steg
30: Steg
32: Fenster
36: Anschlag
38: Anschlag
42: Elastomerkörper
44: Erste Kammer
46: Zweite Kammer
48: Erster Durchgang
50: Zweiter Durchgang
52: Erstes Ventil
54: Zweites Ventil
56: Entkopplungsmembran
58: Hohlraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102008058239 A1 [0006]
DE 10146154 B4 [0007]

Claims

Hydraulische Buchse mit einer Außenbuchse (12), einem Lagerkern (14) und einem Elastomerkörper (42), der zwischen der Außenbuchse (12) und dem Lagerkern (14) angeordnet ist und wenigstens zwei mit einem Fluid gefüllte Kammern (44, 46) begrenzt, wobei die Kammern (44, 46) über einen Durchgang (48, 50) miteinander verbunden sind, dem ein Ventil (52, 54) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Elastomerkörper (42) eine Entkopplungsmembran (56) aufweist, die zwischen dem Durchgang (48, 50) und einem in dem Elastomerkörper (42) eingebrachten Hohlraum (58) angeordnet ist.
Buchse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern (44, 46) durch zwei Durchgänge (48, 50) miteinander verbunden sind, denen jeweils ein Ventil (52, 54) und eine Entkopplungsmembran (56) zugeordnet ist.
Buchse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entkopplungsmembran (56) einstückig mit dem Elastomerkörper (42) ausgebildet ist, wobei der Hohlraum (58) von dem Elastomerkörper (42) und der Entkopplungsmembran (56) begrenzt ist.
Buchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Elastomerkörper (42) ein Käfig (20) einvulkanisiert ist, der ein Membranfenster (32) aufweist, an dem die Entkopplungsmembran (56) angeordnet ist.
Buchse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (20) beabstandete Stege (28, 30) aufweist, die sich in Axialrichtung des Käfigs (20) erstrecken und das Membranfenster (32) begrenzen.
Buchse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Käfig (20) zwei in Axialrichtung beabstandete ringförmige Endstücke (22, 24) aufweist, die über die in Umfangsrichtung beabstandeten Stege (28, 30) miteinander verbunden sind.
Buchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (52, 54) ein Rampenventil ist, das vorzugsweise aus einem Elastomer hergestellt ist und weiter vorzugsweise an dem Elastomerkörper (42) anvulkanisiert ist.
Buchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (52, 54) im Bereich der Entkopplungsmembran (56) angeordnet ist.
Buchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Durchgang (48, 50) ein Ventil (52, 54) angeordnet ist, wobei das Ventil (52, 54) den zugeordneten Durchgang (48, 50) nur in einer Strömungsrichtung freigibt.
Buchse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Lagerkern (14) zusammenwirkender Anschlag (36, 38) vorgesehen ist.
Buchse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Anschlag (36, 38) als separates Anschlagteil ausgebildet ist, das in einer Aussparung des Käfigs eingesetzt ist.
Buchse nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Anschlag (36) einem zweiten Anschlag (38) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei der Kern (14) zwischen dem ersten Anschlag (36) und dem zweiten Anschlag (38) angeordnet ist.