DE3414547A1 - Fluid-damped rubber spring - Google Patents
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Abstract
Description
Flüssigkeitsgedämpfte GummifederLiquid-cushioned rubber spring
Beschreibung Die Erfindung betrifft eine flüssigkeitsgedämpfte Gummifeder der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Description The invention relates to a liquid-damped rubber spring of the type mentioned in the preamble of claim 1.
Flüssigkeitsgedämpfte Gummifedern dieser Art sind in zahllosen Ausführungsbeispielen bekannt und dienen unter Druckbelastung nach Art eines Gummipuffers der hydraulisch gedämpften Lagerung schwingender Massen, vor allem zur Lagerung von Motoren, insbesondere Verbrennungsmotoren, und auf diesem Anwendungsgebiet speziell der Lagerung der Verbrennungskraftmaschinen im Kraftfahrzeugbau. Die flüssigkeitsgedämpften Gummifedern der in Rede stehenden Art werden daher, funktionsbezogen, häufig auch kurz als "Hydrolager" oder, anwendungsbezogen, auch als "Motorlager" bezeichnet.Liquid-damped rubber springs of this type are in innumerable embodiments known and are used under pressure load like a rubber buffer of the hydraulic damped storage of vibrating masses, especially for the storage of engines, in particular Internal combustion engines, and in this field of application especially the storage of internal combustion engines in automotive engineering. The liquid-damped rubber springs of the one in question Therefore, function-related, types are often referred to as "hydraulic bearings" or, application-related, also as "Motor mount" referred to.
Nachteilig an allen bekannten unter Verwendung einer Drosselöffnung flüssigkeitsgedämpften Gummifedern der hier in Rede stehenden Art ist, daß mit zunehmender Beanspruchung der Gummifeder, und zwar speziell mit zunehmender Frequenz der auf die Gummifeder einwirkenden Wechselkräfte oder Stöße und mit zunehmendem Federwegldie Gummifedern außerhalb eines relativ eng begrenzten Arbeitsbereiches, auf den sie konstruktiv abgestimmt sind, rasch bis zur Wirkungslosigkeit verhärten, daß also, was Hand in Hand geht, mit zunehmender Frequenz der Dämpfungsfaktor der Gummifeder rasch abnimmt, während die dynamische Federsteifigkeit rapide, und zwar in erster Näherung fast quadratisch, zunimmt. Der Dämpfungsfaktor der Gummifeder ist dabei das Verhältnis der im Lastzyklus dissipierten Energie, also der Dämpfungsarbeit, zur effektiven Federarbeit, das heißt also dem halben Produkt aus maximaler Federkraft und maximalem Federweg im betrachteten Lastwechselzyklus. Dabei sind sowohl die Abnahme des Dämpfungsfaktors als auch die Zunahme der effektiven dynamischen Federsteifigkeit mit zunehmender Frequenz zwangsläufige Folgen des bei flüssigkeitsgedämpften Gummifedern der in Rede stehenden Art angewendeten Prinzips der hydraulischen Dämpfung an einer Drosselöffnung oder einem Drosselkanal. Sowohl mit zunehmender Frequenz bei gleicher Amplitude als auch bei gleicher Frequenz mit zunehmender Amplitude der auf die Gummifeder einwirkenden Lastschwingungen tritt vor der Drosselöffnung eine Erhöhung des Staudrucks auf, der primär und wesentlich die Verhärtung der flüssigkeitsgedämpften Gummifeder bewirkt.Disadvantage of all known using a throttle opening liquid-damped rubber springs of the type in question is that with increasing Stress on the rubber spring, specifically with increasing frequency of alternating forces or impacts acting on the rubber spring and with increasing spring travel the Rubber springs outside of a relatively narrow working area on which they are constructively coordinated, quickly harden to the point of ineffectiveness, so that what goes hand in hand, with increasing frequency, the damping factor of the rubber spring rapidly decreases, while dynamic spring stiffness rapidly decreases, primarily Approximation almost square, increasing. The damping factor of the rubber spring is included the ratio of the energy dissipated in the load cycle, i.e. the damping work, for effective spring work, i.e. half the product of the maximum spring force and maximum spring deflection in the load change cycle under consideration. Both the Decrease in the damping factor as well as the increase in the effective dynamic spring stiffness the inevitable consequences of fluid-damped rubber springs with increasing frequency of the type in question applied principle of hydraulic damping on a Throttle opening or a throttle channel. Both with increasing frequency at the same Amplitude as well as at the same frequency with increasing amplitude on the rubber spring Acting load oscillations, an increase in dynamic pressure occurs before the throttle is opened on, which is primarily and essentially the hardening of the liquid-damped rubber spring causes.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine flüssigkeitsgedämpfte Gummifeder für die dynamische Druckbeanspruchung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß der Dämpfungsfaktor und die dynamische Federsteifigkeit über einen großen Arbeitsfrequenzbereich hin zumindest im wesentlichen frequenzunabhängig sind, die flüssigkeitsgedämpfte Gummifeder also über einen erweiterten Arbeitsfrequenzbereich hinweg praktisch unveränderte Feder- und Dämpfungseigenschaften aufweist und insbesondere nicht verhärtet.The invention is based on the object of a liquid-damped Rubber spring for dynamic compressive loading of the type mentioned at the beginning to improve that of Damping factor and the dynamic spring stiffness At least essentially independent of frequency over a large working frequency range are, the liquid-damped rubber spring over an extended operating frequency range has practically unchanged spring and damping properties and in particular not hardened.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine flüssigkeitsgedämpfte Gummifeder der eingangs genannten Art, die die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.The invention solves this problem by means of a liquid-damped Rubber spring of the type mentioned, which is in the characterizing part of the claim 1 has the features mentioned.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des über der Trennplatte oder dem Diaphragma mit der Drosselöffnung liegenden, die Dämpferkammer umschließenden Gummifederelements in Form eines einschaligen Rotationshyperboloids bewirkt, daß bei Belastung der Feder und bei dem damit verbundenen Zusammendrücken der Feder in Richtung des Federwegs zwischen Tragplatte und Lagerplatte eine einschnürende und querschnittsverjüngende Radialstauchung des Gummifederelements im Bereich seiner Taille bei gleichzeitiger Volumenverringerung sowohl des über dieser Taille als auch unter der Taille liegenden Teilraums der Dämpferkammer erfolgt, was dazu führt, daß mit zunehmendem Federweg zunehmend mehr Dämpferflüssigkeit aus dem Dämpferraum verdrängt wird. Mit anderen Worten, durch die geometrische Formgebung des Gummifederelements wird erreicht, daß die Verminderung des Dämpferkammervolumens bzw., was das gleiche ist, das Volumen der bei Belastung aus der Dämpferkammer in die Ausweichkammer gedrückten Dämpferflüssigkeit dem Federweg nicht linear oder sublinear, sondern progressiv proportional ist. Da dieses Fördervolumen jedoch der Dämpfungsarbeit direkt proportional ist, bedeutet das, daß die Dämpfung als Funktion des Federweges zunimmt, also in der angestrebten Weise der Verhärtung der Gummifeder bei höherer Belastung entgegenwirkt. The inventive design of the above the partition plate or the diaphragm with the throttle opening, surrounding the damper chamber Rubber spring element in the form of a single-shell rotational hyperboloid causes when the spring is loaded and when the spring is compressed in the direction of the spring travel between the support plate and bearing plate a constricting and cross-sectionally tapering radial compression of the rubber spring element in the area of its Waist with simultaneous volume reduction of both the above waist and also takes place under the waist subspace of the damper chamber, which leads to that with increasing spring travel, more and more damper fluid from the damper chamber is displaced. In other words, through the geometric shape of the rubber spring element is achieved that the reduction of the damper chamber volume or what the same is the volume that is pressed from the damper chamber into the evacuation chamber under load Damper fluid the spring travel is not linear or sub-linear, but progressive is proportional. Since this delivery volume is directly proportional to the damping work this means that the damping increases as a function of the spring deflection, i.e. in counteracts the desired way of hardening of the rubber spring under higher loads.
Durch die Einschnürung des Mittelteils bzw. der Taille des rotationssymmetrischen Gummifederelements wird weiterhin bei Belastung in Richtung des Federwegs im Federelement ein Knickeffekt bewirkt, der dazu führt, daß die statische Feder steifigkeit des Gummifederelements nicht wie für den reinen Federwerkstoff Gummi im Arbeitsbereich zumindest im wesentlichen linear, sondern kontinuierlich ausgeprägt degressiv verläuft. Da der Dynamikfaktor, der den Zusammenhang zwischen der statischen Federsteifigkeit und der dynamischen Federsteifigkeit als Proportionalitätsfaktor herstellt, für den hier in Rede stehenden Werkstoff Gummi mit der Frequenz kaum zunimmt und in den hier in Rede stehenden Frequenzbereichen bis zu 100 oder 200 Hz praktisch frequenzunabhängig ist, nimmt also auch die dynamische Federsteifigkeit des in Form eines einschaligen Rotationshyperboloids ausgebildeten Federelements der Gummifeder gemäß der Erfindung degressiv zu. Anhand weniger orientierender Dimensionierungsversuche kann der Fachmann diesen degressiven Verlauf der dynamischen Federsteifigkeit des Gummifederelements der Gummifeder so bemessen, daß die unvermeidbare Staudruckerhöhung der Dämpferflüssigkeit vor der Drosselöffnung bei zunehmender dynamischer Belastung, also zunehmender Frequenz oder zunehmendem Federweg, gerade kompensiert wird. Mit anderen Worten, bei der Gummifeder der Erfindung wird der progressive Verlauf des Staudrucks durch den degressiven Verlauf der dynamischen Federsteifigkeit des Gummifederelements kompensiert, und zwar vorzugsweise in der Art, daß die effektive dynamische Federsteifigkeit der Gummifeder insgesamt praktisch frequenzunabhängig wird.Due to the constriction of the middle part or the waist of the rotationally symmetrical The rubber spring element continues to be under load in the direction of the spring deflection in the spring element causes a buckling effect that leads to the static spring stiffness of the Rubber spring element not like for the pure spring material rubber in the work area runs at least essentially linearly, but continuously and in a clearly degressive manner. Because the dynamic factor, the relationship between the static spring stiffness and the dynamic spring stiffness as a proportionality factor for the material under discussion here, rubber, hardly increases with frequency and in the frequency ranges up to 100 or 200 Hz in question are practically independent of frequency is, so also takes the dynamic spring stiffness of the in the form of a single-shell Rotation hyperboloids formed spring element of the rubber spring according to the invention degressively to. A person skilled in the art can use less orientational dimensioning experiments this degressive course of the dynamic spring stiffness of the rubber spring element dimension the rubber spring so that the unavoidable increase in dynamic pressure of the damper fluid before throttle opening with increasing dynamic load, i.e. increasing frequency or increasing spring deflection, is being compensated. In other words, the Rubber spring of the invention is the progressive course of the dynamic pressure through the degressive Course of the dynamic spring stiffness of the rubber spring element compensated, and although preferably in such a way that the effective dynamic spring stiffness of the Rubber spring is practically independent of frequency overall.
Um die zur Erzielung des angestrebten Einknickeffekts oder Einschnüreffekts im Bereich der Taille des Gummifederelements erforderlichen Verformungsspannungen so gering wie möglich zu halten, ist das Gummifederelement in diesem Bereich vorzugsweise innen und/oder außen, insbesondere innen und außen mit axialen Kerben versehen. Die Kerben sind mit gleichem Winkelabstand voneinander verteilt. Wenn das Gummifederelement innen und aßen solche axial verlaufenden Kerben im Taillenbereich aufweist, sind die Innenkerben und die Außenkerben vorzugsweise so gegeneinander versetzt, daß jeweils zwischen zwei Außenkerben eine Innenkerbe und umgekehrt zwischen zwei Innenkerben eine Außenkerbe steht, die Innenkerben und die Außenkerben also mit anderen Worten "auf Lücke" stehen. Dadurch wird trotz einer spürbaren Senkung. der erforderlichen Verformungsarbeit die mechanische Festigkeit des Gummifederelements im Taillenbereich kaum beeeinträchtigt.To achieve the desired buckling or constricting effect deformation stresses required in the area of the waist of the rubber spring element To keep it as low as possible, the rubber spring element is preferred in this area inside and / or outside, especially inside and outside with axial notches Mistake. The notches are distributed equally angularly from one another. if the rubber spring element inside and ate such axially extending notches in the waist area has, the inner notches and the outer notches are preferably so against each other offset that between two outer notches an inner notch and vice versa between two inner notches and one outer notch, i.e. the inner notches and the outer notches in other words "on gap". This will despite a noticeable drop. the required deformation work the mechanical strength of the rubber spring element hardly affected in the waist area.
Aufgabengemäß ist das Gummifederelement gemäß der Erfindung durch eine unverändert weiche Dämpfungs- und Federcharakteristik bis in hohe Lastbereiche hinein gekennzeichnet. Dies kann bei an den Grenzen des vorgesehenen Arbeitsbereiches liegenden extremen Stoßbelastungen zu einem überweiten Rückschwingen der Gummifeder und damit unter Umständen zu einer Uberdehnung des Gummifederelements und/oder zu Kavitationen an der Dämpferdrossel führen. Um dies zu verhindern, ist die Gummifeder vorzugsweise mit einem zweiteiligen Käfigelement ausgerüstet, das als Federwegbegrenzer dient. Dabei ist der eine der beiden Käfigteile fest mit der Tragplatte der Feder und das andere der beiden Käfigteile fest mit der Lagerplatte der Gummifeder verbunden und stehen die beiden Käfigteile durch Anschlagmittel begrenzt so miteinander im Eingriff, daß sie in Richtung des Federweges der Gummifeder nur zwischen den beiden Anschlägen relativ zueinander verschiebbar sind. In einfachster Weise kann dies beispielsweise so realisiert werden, daß der eine Käfigteil mindestens eine, vorzugsweise mit gleichmäßiger radialer Verteilung zwei, drei oder vier radial stehende Laschen oder Zungen trägt, die durch zugeordnete Axialschlitze im anderen Käfigteil hindurchgreifen. Die Länge zwischen den beiden Anschlägen, hier also die Länge des Axialschlitzes, ist dabei meist so bemessen, daß sie zumindest gleich dem für den normalen Betrieb der Gummifeder benötigten Federweg ist. Zweckmäßigerweise wird dann zusätzlich sowohl am oberen als auch am unteren, den Federweg begrenzenden Anschlag des Käfigteils ein bestimmter Abstand für ein Uberschwingen der Gummifeder eingerechnet sein. Die zusammenwirkendenAnschläge können selbst noch guuuigepuffert ausgebildet sein, um beim Durchschwingen der Feder aus dem Arbeitsbereich heraus den Begrenzungsanschlag zu dämpfen. Alternativ ist der Käfig axial so kurz bemessen, daß das Gummifederelement stets unter axialer Vorspannung steht, die unteren Anschlagflächen des Federwegbegrenzers also bei unbelasteter Feder elastisch aufeinandergezwungen werden. Dadurch kann der Federweg bis zum unteren Einsatzlastbereich der Feder verkürzt, gleichsam "übersprungen" werden.According to the object is the rubber spring element according to the invention unchanged soft damping and spring characteristics up to high load ranges marked into it. This can happen at the limits of the intended work area extreme shock loads to an over-wide swing back of the rubber spring and thus under certain circumstances to an overstretching of the rubber spring element and / or to Lead to cavitations on the damper throttle. To prevent this from happening is the rubber spring preferably equipped with a two-part cage element that acts as a travel limiter serves. One of the two cage parts is fixed to the support plate of the spring and the other of the two cage parts firmly connected to the bearing plate of the rubber spring and are the two cage parts limited by stop means so in each other Intervention that they are in the direction of the travel of the rubber spring only between the two Attacks are displaceable relative to one another. This can be done in the simplest possible way be realized, for example, that the one cage part at least one, preferably with even radial distribution two, three or four radially positioned tabs or carries tongues that reach through assigned axial slots in the other part of the cage. The length between the two Stops, here the length of the Axialschlitzes, is usually dimensioned so that it is at least equal to that for the normal operation of the rubber spring is required travel. Appropriately is then additionally limit the spring travel both at the top and at the bottom Stop of the cage part a certain distance for an overshoot of the rubber spring be included. The interacting attacks can still be guuuigbuffered themselves be designed to move out of the work area when the spring swings through to dampen the limit stop. Alternatively, the cage is axially short enough that the rubber spring element is always under axial preload, the lower stop surfaces of the spring travel limiter so elastically forced onto one another when the spring is unloaded will. As a result, the spring travel can be shortened to the lower operating load range of the spring, be "skipped", as it were.
Die Erfindung ist im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 im Axialschnitt und in schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel der flüssigkeitsgedämpften Gummifeder, links der Mittellinie im unbelasteten und rechts der Mittellinie im belasteten Zustand; Fig. 2 in schematischer Darstellung einen Schnitt nach II-II in Fig. 1; Fig. 3 in schematischer grafischer Darstellung die Frequenzabhängigkeit der dynamischen Federsteifigkeitt Fig. 4 in schematischer grafischer Darstellung die Frequenzabhängigkeit des Dämpfungsfaktors; Fig. 5 das aus der Dämpferkammer verdrängte Flüssigkeitsvolumen als Funktion des Federweges; und Fig. 6 ebenfalls in schematischer grafischer Darstellung die statische Federkennlinie für ein Gummifederelement, wie es in einer hydraulisch gedämpften Gummifeder nach dem Stand der Technik verwendet wird, und für das Gummifederelement in der hydraulisch gedämpften Gummifeder gemäß der Erfindung.The invention is illustrated in the following on the basis of an exemplary embodiment Connection with the drawings explained in more detail. They show: FIG. 1 in axial section and a schematic representation of an embodiment of the liquid-damped Rubber spring, to the left of the center line in the unloaded and to the right of the center line in the loaded condition; Fig. 2 in a schematic representation a section according to II-II in Fig. 1; 3 shows the frequency dependency in a schematic graphic representation the dynamic spring stiffness is shown in FIG. 4 in a schematic graphic representation the frequency dependence of the damping factor; Fig. 5 that from the damper chamber displaced liquid volume as a function of the spring travel; and Fig. 6 also shows the static spring characteristic in a schematic graphic representation for a rubber spring element, as in a hydraulically damped rubber spring the prior art is used, and for the rubber spring element in the hydraulic damped rubber spring according to the invention.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel der flüssigkeitsgedämpften Gummifeder gemäß der Erfindung ist links der Mittellinie der entspannte Zustand der Gummifeder und rechts der Mittellinie ein belasteter Zustand gezeigt. Die Gummifeder besteht im wesentlichen aus einer Tragplatte 1, einer Lagerplatte 2, einem Gummifederelement 3, in dem eine mit einer Dämpferflüssigkeit gefüllte Dämpferkammer 4 ausgebildet ist, einer durch eine verformbare Membran 5 abgeschlossenen Ausweichkammer 6 und einer die Dämpferkammer 4 und die Ausweichkammer 6 voneinander trennenden, nicht verformbaren starren Trennwand 7, in der eine Drosselöffnung 8 ausgebildet ist, die die Dämpferkammer 4 mit der Ausweichkammer 6 verbindet. Die Lagerplatte 2 weist eine napfförmige Vertiefung 9 auf, in die hinein sich die verformbare Membran 5 ausbuchten kann. Die napfartige Vertiefung 9 ist zum Druckausgleich mit vier Belüftungsöffnungen 10 versehen.In the embodiment shown schematically in FIG Liquid-damped rubber spring according to the invention is to the left of the center line the relaxed state of the rubber spring and a loaded one to the right of the center line Condition shown. The rubber spring consists essentially of a support plate 1, a bearing plate 2, a rubber spring element 3, in which one with a damper fluid filled damper chamber 4 is formed, one by a deformable membrane 5 closed escape chamber 6 and one the damper chamber 4 and the escape chamber 6 separating, non-deformable rigid partition 7 in which a throttle opening 8, which connects the damper chamber 4 to the escape chamber 6. the Bearing plate 2 has a cup-shaped recess 9 into which the deformable Membrane 5 can bulge out. The cup-like recess 9 is to compensate for pressure four ventilation openings 10 provided.
Das Gummifederelement 3 ist zu seiner Mittelachse 11 rotationssymmetrisch. Es hat zumindest im wesentlichen die Form eines eingeschnürten Zylinders, mathematisch also zumindest im wesentlichen die Form eines einschaligen Rotationshyperboloids.The rubber spring element 3 is rotationally symmetrical to its central axis 11. It is at least essentially in the shape of a constricted cylinder, mathematically thus at least essentially the shape of a single-shell rotational hyperboloid.
Im Bereich seiner Taille 12 ist das Gummifederelement 3 sowohl innen als auch außen mit je vier axial verlaufenden Kerben 13 bzw. 14 versehen. Die Kerben sind mit gleichem Winkelabstand voneinander, also im Abstand von jeweils 900 zueinander, angeordnet, und zwar in der Weise, daß die Innenkerben 13 jeweils um 450 zu den Außenkerben 14 radial versetzt angeordnet sind.In the region of its waist 12, the rubber spring element 3 is both on the inside and on the outside with four axially extending notches 13 and 14 respectively. The notches are at the same angular distance from each other, i.e. at a distance of 900 from each other, arranged, in such a way that the inner notches 13 respectively around 450 are arranged radially offset from the outer notches 14.
Die Kerben 13 stehen also zu den Kerben 14 auf Lücke.The notches 13 are therefore with a gap to the notches 14.
In der aus den Fig. 1 und 2 ersichtlichen Weise verkleinern sich sowohl der Außendurchmesser als auch der Innendurchmesser des Federelements 3 bei Belastung der Gummifeder in Richtung des Federwegs, also in Richtung der Mittelachse 11. Dabei ermöglichen die Kerben 13 in der insbesondere aus Fig.2 ersichtlichen Weise eine spannungsarme Verkleinerung des Innendurchmessers und die Kerben 14 eine spannungsarme Verkleinerung des Außenradius des Gummifederelements 3 im Taillenbereich 12.In the manner shown in FIGS. 1 and 2 both decrease in size the outside diameter as well as the inside diameter of the spring element 3 under load the rubber spring in the direction of the spring travel, that is, in the direction of the central axis 11 allow the notches 13 in the particular from Figure 2 apparent manner low-stress reduction of the inner diameter and the notches 14 a low-stress Reduction of the outer radius of the rubber spring element 3 in the waist area 12.
In der aus Fig. 1 ohne weiteres ersichtlichen Weise erfolgt bei Druckbelastung der Gummifeder und Annäherung der Tragplatte 1 an die Lagerplatte 2 nicht nur eine der Verringerung der Höhe der Dämpferkammer 4, also eine dem Federweg proportionale Verringerung des Volumens der Dämpferkammer 4, sondern eine überproportionale progressive, auf den Federweg bezogene Volumenverminderung aufgrund der radialen Stauchung des Gummifederelements 3 im Bereich der Taille 12 und der damit einhergehenden Volumenverminderung in den über und unter diesem Mittelbereich oberhalb und unterhalb der eingeknickten Taille verbleibenden Ringräume der Dämpferkammer 4. Insgesamt ist also bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Gummifeder gemäß der Erfindung die Abnahme des Volumens der Dämpferkammer 4, dem Federweg der Gummifeder, also der Abnahme des Abstandes zwischen der Tragplatte 1 und der Lagerplatte 2 direkt und progressiv proportional. Wird berücksichtigt, daß diese Volumenabnahme bzw. das dieser Volumenabnahme entsprechende Volumen der aus der Dämpferkammer 4 bei Belastung der federverdrängten Dämpferflüssigkeit der Dämpfungsarbeit und damit dem Dämpfungsfaktor proportional sind, so ist aus der Fig. 1 ohne weiteres ersichtlich, daß die Gummifeder aufgrund der Einschnürung des Gummifederelementes 3 im Bereich der Taille 12 der Dämpfungsfaktor der Gummifeder dem Federweg progressiv proportional ist.In the manner readily apparent from FIG. 1, pressure loading takes place the rubber spring and approach of the support plate 1 to the bearing plate 2 is not just one the reduction in the height of the damper chamber 4, that is to say one proportional to the spring travel Reduction in the volume of the damper chamber 4, but a disproportionate progressive, Volume reduction related to the spring travel due to the radial compression of the Rubber spring element 3 in the area of the waist 12 and the associated reduction in volume in the above and below this middle area above and below the buckled Waist remaining annular spaces of the damper chamber 4. Overall, the in Fig. 1 illustrated embodiment of the rubber spring according to the invention Decrease in the volume of the damper chamber 4, the travel of the rubber spring, so the Decrease in the distance between the support plate 1 and the bearing plate 2 directly and progressively proportional. Is it taken into account that this volume decrease or the this volume decrease corresponding to the volume from the damper chamber 4 under load the spring-displaced damper fluid the damping work and thus the damping factor are proportional, it can be seen from Fig. 1 readily that the rubber spring due to the constriction of the rubber spring element 3 in the region of the waist 12 of the The damping factor of the rubber spring is progressively proportional to the spring travel.
Ebenso ist aus der Fig. 1 ohne weiteres ersichtlich, daß die vom Federelement 3 der einwirkenden Last kompensierend entgegengesetzte Federkraft mit zunehmender Verformung, also mit größer werdendem Federweg, aufgrund des zunehmenden Einknickens im Taillenbereich 12 zunehmend geringer wird. Mit anderen Worten, der bei gleichbleibender Amplitude und höher werdender Frequenz bzw. bei gleichbleibender Frequenz und größer werdendem Federweg, also bei höherer dynamischer Belastung der Feder durch den größer werdenden Staudruck vor der Drosselöffnung 8 wirksamen Tendenz zur hydraulischen Versteifung der Feder wirkt die in gleichem Maße abnehmende dynamische Federsteifigkeit des Federelements 3 entgegen, so daß die tatsächlich wirksame Federsteifigkeit der flüssigkeitsgedämpften Gummifeder zumindest im wesentlichen frequenzunabhängig konstant bleibt.It is also readily apparent from FIG. 1 that the spring element 3 of the acting load compensating opposite spring force with increasing Deformation, i.e. with increasing spring deflection, due to increasing buckling in the waist region 12 becomes increasingly smaller. In other words, the same Amplitude and increasing frequency or with constant frequency and greater increasing spring travel, i.e. with a higher dynamic load on the spring due to the greater becoming dynamic pressure before the throttle opening 8 effective tendency to hydraulic The stiffening of the spring has the effect of the equally decreasing dynamic spring stiffness of the spring element 3 against, so that the actually effective spring stiffness of the fluid-damped rubber spring at least essentially constant, independent of frequency remain.
Diese Zusammenhänge sind im folgenden anhand der in den Fig.These relationships are shown below with the aid of the FIGS.
3 bis 6 veranschaulichten Funktionen erläutert.3 to 6 illustrated functions explained.
Bevor jedoch hierauf im folgenden näher eingegangen ist, sei zunächst noch der im linken Teil der Fig. 1 schematisch dargestellte Federwegbegrenzer erläutert. Der Federwegbegrenzer ist als zweiteiliges Käfigelement ausgebildet. Ein erster (15) dieser beiden Käfigteile ist fest mit der Tragplatte 1 verbunden, während der andere Käfigteil 16 fest mit der Lagerplatte 2 verbunden ist. Der erste Käfigteil 15 ist als stoffschlüssig auf der Tragplatte 1 ausgebildete Kappe 17 realisiert, die an zwei diametral einander gegenüberliegenden Seiten senkrecht abwärts stehende Bänder 18 angeformt trägt. In jedem dieser senkrechten Bänder 18 ist ein Schlitz 19 ausgebrochen, durch den jeweils einer von zwei einander diametral gegenüberliegend am zweiten Käfigteil 16 angeformten Anschlagarmen 20 dergestalt hindurchgreift, daß der erste Teil 15 des Käfigelements 15, 16 entlang der dem Federweg entsprechenden Mittellinie 11 der Gummifeder nur innerhalb der durch die beiden Anschläge 21, 22 definierten Stecke translatorisch bewegen kann. Dieser Abstand zwischen dem oberen Anschlag 21 und dem unteren Anschlag 22 im Band 18 des ersten Käfigteils 15 ist dabei sowohl um 20 % nach oben als auch um 20 % nach unten länger ausgebildet als der für den normalen Einsatzbereich der Feder vorgesehene Federweg. Bei Stößen, die ein Ausschwingen der Feder über den für die normale Arbeitsbelastung vorgesehenen Federweg hinaus versursachen, wird dadurch, insbesondere beim Rückschwingen, ein Aufreißen oder eine anderweitige Beschädigung der Gummifeder aufgrund der Federwegbegrenzung vermieden.However, before going into this in more detail below, let me first nor the spring travel limiter shown schematically in the left part of FIG. 1 is explained. The spring travel limiter is designed as a two-part cage element. A first (15) of these two cage parts is firmly connected to the support plate 1, while the the other cage part 16 is firmly connected to the bearing plate 2. The first part of the cage 15 is realized as a cohesively formed cap 17 on the support plate 1, those standing vertically downwards on two diametrically opposite sides Straps 18 molded carries. In each of these vertical bands 18 is a slot 19 erupted, through which one of two diametrically opposed to each other on the second cage part 16 molded stop arms 20 extends through it, that the first part 15 of the cage element 15, 16 along the corresponding to the spring travel Center line 11 of the Rubber spring just inside the by the two Stops 21, 22 can move defined segments in a translatory manner. This distance between the upper stop 21 and the lower stop 22 in the band 18 of the first Cage part 15 is longer by 20% upwards and 20% downwards designed as the spring travel provided for the normal area of application of the spring. In the event of impacts that cause the spring to swing out beyond the normal workload cause the intended spring deflection, is thereby, especially when swinging back, tearing or other damage to the rubber spring due to the limitation of the spring travel avoided.
In der Praxis ist die in der Fig. 1 schematisch dargestellten Federwegbegrenzung selbstverständlich durch Gummipuffer abgefedert.In practice, the spring travel limitation shown schematically in FIG. 1 is naturally cushioned by rubber buffers.
In der Fig. 3 ist schematisch die dynamische Federsteifigkeit einer flüssigkeitsgedämpften Gummifeder als Funktion der Frequenz der Federbeaufschlagung dargestellt. Die Kurve (a) zeigt den im wesentlichen durch den zunehmenden Staudruck der Dämpfungsflüssigkeit vor der Drosselöffnung verursachten Verlauf der dynamischen Federsteifigkeit für eine flüssigkeitsgedämpfte Gummifeder nach dem Stand der Technik. Durch diese zunehmende dynamische Federsteifigkeit bei zumindest im wesentlichen und in erster grober Näherung konstanter Dämpfungsarbeit in der in Fig. 4 Kurve (a) gezeigten Weise zu einer Abnahme des Dämpfungsfaktors # als Funktion der Frequenz f.In Fig. 3, the dynamic spring stiffness is a schematic Liquid-damped rubber spring as a function of the frequency of the spring loading shown. The curve (a) shows that mainly due to the increasing dynamic pressure the damping fluid in front of the throttle opening caused the dynamic Spring stiffness for a liquid-damped rubber spring according to the state of the art. Due to this increasing dynamic spring stiffness at least substantially and, as a first rough approximation, constant damping work in the curve in FIG. 4 (a) leads to a decrease in the damping factor # as a function of the frequency f.
Die Kennlinien (a) für flüssigkeitsgedämpfte Gummifedern nach dem Stand der Technik lassen also aus den Fig. 3 und 4 ohne weiteres die gleichsinnig wirkende Zunahme der dynamischen Federsteifigkeit cd und die Abnahme des Dämpfungsfaktors t mit zunehmender dynamischer Belastung der Gummifeder erkennen.The characteristic curves (a) for liquid-damped rubber springs according to The prior art can therefore easily be seen in the same direction from FIGS. 3 and 4 Acting increase in the dynamic spring stiffness cd and the decrease in the damping factor t recognize with increasing dynamic load on the rubber spring.
Mit der in Fig. 1 gezeigten Gummifeder gemäß der Erfindung werden dagegen die in den Fig. 3 und 4 eingezeichneten Kennlinien (b) erhalten, werden also eine von der Frequenz praktisch unabhängige dynamische Federsteifigkeit und ein von der Frequenz praktisch unabhängiger Dämpfungsfaktor erhalten.With the rubber spring shown in Fig. 1 according to the invention on the other hand, the characteristics shown in FIGS. 3 and 4 (b) obtained, a dynamic spring stiffness practically independent of the frequency is obtained and obtain a damping factor that is practically independent of the frequency.
Die flüssigkeitsgedämpfte Gummifeder gemäß der Erfindung zeigt also auch bei zunehmender dynamischer Belastung über einen weiten Arbeitsbereich ein praktisch unverändertes Feder- und Dämpfungsverhalten.The liquid-damped rubber spring according to the invention thus shows even with increasing dynamic load over a wide work area practically unchanged spring and damping behavior.
Die in den Fig. 3 und 4 dargestellten praktisch frequenzunabhängigen Kennlinien (b) für das Federelement gemäß der Erfindung werden dabei primär durch die in den Fig. 5 und 6 gezeigten Korrekturen der Dämpfungs- und Federkennlinien erhalten.The practically frequency-independent shown in FIGS. 3 and 4 Characteristic curves (b) for the spring element according to the invention are primarily determined by the corrections of the damping and spring characteristics shown in FIGS obtain.
In der in Fig. 5 dargestellten Weise ist bei einer flüssigkeitsgedämpften Gummifeder nach dem Stand der Technik das Volumen V der aus der Dämpferkammer verdrängten Dämpfungsflüssigkeit eine im wesentlichen lineare bis schwach sublineare Funktion des Federwegs s. Durch die vorstehend insbesondere im Zusammenhang mit der Fig. 1 erläuterten geometrischen Ausgestaltung des Gummifederelements 3 der Gummifeder gemäß der Erfindung ist dagegen das Volumen der aus der Dämpferkammer 4 verdrängten Dämpfungsflüssigkeit dem Federweg s progressiv proportional. Dadurch wird ein Anheben der Kennlinie (a) in Fig. 4 bewirkt. Diese Maßnahme allein würde jedoch noch nicht ausreichen, um die in Fig. 4 gezeigte Kennlinie (a) bis auf die Frequenzunabhängigkeit der Kennlinie (b) in Fig. 4 zu bewirken. Ein solches Anheben ist erst durch die gleichzeitige und gleichsinnig wirkende Linearsisierung der dynamischen Federkonstante cd möglich. Diese Linearisierung der dynamischen Federsteifigkeit cd wird durch die in Fig. 6 dargestellte degressive statische Federkennlinie (b) ermöglicht. Dieser im Gegensatz zu der im wesentlichen durch das Hook'sche Gesetz bedingten linearen Federkennlinie (a) der Gummifederelemente herkömmlicher Gummifedern degressive Verlauf der statischen Federkennlinien (b) des Gummifederelements 3 der Gummifeder gemäß der Erfindung wird dabei in der oben näher erläuterten Weise durch die radiale Stauchung oder Knickung des Gummifederelements 3 bei Belastung der Feder herbeigeführt.In the manner shown in Fig. 5 is a liquid-damped Rubber spring according to the prior art, the volume V of the displaced from the damper chamber Damping fluid has an essentially linear to slightly sub-linear function of the spring travel s. By the above in particular in connection with Fig. 1 explained geometrical configuration of the rubber spring element 3 of the rubber spring according to the invention, however, the volume is displaced from the damper chamber 4 Damping fluid is progressively proportional to the spring travel s. This creates a lift the characteristic curve (a) in Fig. 4 causes. However, this measure alone would not be enough suffice to the characteristic shown in Fig. 4 (a) except for the frequency independence of the characteristic curve (b) in FIG. 4. Such a lifting is only possible through the Simultaneous linearization of the dynamic spring constant acting in the same direction cd possible. This linearization of the dynamic spring stiffness cd is given by the degressive static spring characteristic (b) shown in FIG. 6 enables. This in contrast to the linear one essentially determined by Hook's law Spring characteristic (a) of the rubber suspension elements conventional rubber springs degressive course of the static spring characteristics (b) of the rubber spring element 3 of the Rubber spring according to the invention is carried out in the manner explained in more detail above the radial compression or buckling of the rubber spring element 3 when the spring is loaded brought about.
Mit anderen Worten, der in Fig. 5 gezeigte progressive Verlauf der Volumenabnahme der Dämpferkammer 4 und der degressive Verlauf der statischen Federkennlinie des Gummifederelementes 3 als Funktion des Federwegs der Gummifeder gemäß der Erfindung bewirken gemeinsam die in den Fig. 3 und 4 gezeigte Korrektur der Dämpfung und der dynamischen Federsteifigkeit als Funktion der dynamischen Belastung der Gummifeder.In other words, the progressive curve shown in FIG Volume decrease of the damper chamber 4 and the degressive course of the static spring characteristic of the rubber spring element 3 as a function of the spring travel of the rubber spring according to the invention together cause the correction of the damping and the shown in FIGS. 3 and 4 dynamic spring stiffness as a function of the dynamic load on the rubber spring.
In der Praxis, insbesondere im Kraftfahrzeugbau, wird die Gummifeder nicht im gesamten Bereich ihrer beispielsweise in Fig. 6 gezeigten Kennlinie, sondern nur in einem vorgegebenen Ausschnittsbereich, dem sogenannten Arbeitsbereich, benötigt.In practice, especially in automotive engineering, the rubber spring not in the entire range of their characteristic curve shown, for example, in FIG. 6, but only required in a specified cut-out area, the so-called work area.
Insbesondere wird häufig gefordert, den Federweg biszur kleinsten bei bestimmungsgemäßem Einsatz zu erwartenden Federlast, also bis zum unteren Grenzwert des Arbeitsbereiches, so kurz wie möglich, zu halten. Eine solche Verkürzung des Federweges bis zum Beginn des Arbeitsbereiches wird üblicherweise dadurch erzielt, daß das benutzte Federelement unter Vorspannung eingesetzt wird. Bei der in Fig. 1 dargestellten Gummifeder gemäß der Erfindung ist ein solcher Einbau des Gummifederelementes unter axialer Kompressionsvorspannung in einfacher Weise durch eine Verkürzung der Käfigbänder 18 erreichbar.In particular, it is often required that the spring travel is as small as possible Spring load to be expected when used as intended, i.e. up to the lower limit value of the work area as short as possible. Such a shortening of the The spring travel to the start of the work area is usually achieved by that the spring element used is used under bias. In the case of the in Fig. 1 illustrated rubber spring according to the invention is such an installation of the rubber spring element under axial compression preload in a simple manner by shortening the Cage straps 18 can be reached.
Das in der im rechten Teil der Fig. 1 dargestellten Weise axial zusammengedrückte Federelement 3 wird dann bei einer solchen Verkürzung der seitlichen Käfigbänder 18 durch Anlage des unteren Anschlags 22 am unteren Käfigarm 20 durch die Kappe 17 des Käfigs 15,16 niedergehalten. Die auf diese Weise mit einem unter Kompression axial vorgespannten Federelement 3 ausgestattete Gummifeder zeigt eine statische Kennlinie, die im untersten Lastbereich steil ansteigt und erst kurz vor oder unmittelbar zu Beginn des eigentlichen Arbeitsbereiches den in Fig. 6 gezeigten Verlauf annimmt.The axially compressed in the manner shown in the right part of FIG Spring element 3 is then with such a shortening of the lateral cage strips 18 by placing the lower stop 22 on the lower cage arm 20 through the cap 17 of the cage 15, 16 held down. Its that way with one under compression axially pretensioned spring element 3 equipped rubber spring shows a static Curve, which rises steeply in the lowest load range and only closes shortly before or immediately Beginning of the actual work area assumes the course shown in FIG. 6.
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| DE19843414547 DE3414547A1 (en) | 1984-04-17 | 1984-04-17 | Fluid-damped rubber spring |
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