DE3521246C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elastisches Lager mit verringerter Übertragung von Körperschall gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei solchen zur Schwingungs- und Geräuschdämpfung verwen­ deten Lagern wird durch die statische Last der gummiela­ stische Isolator derart vorgespannt, daß er bei hochfrequen­ ten kleinen Schwingungen, die das hydraulische Dämpfungs­ system nicht abzudämpfen vermag, dämpfend arbeitet und da­ bei schallübertragend wirkt. In Fahrzeugen, deren Rahmen oder Karosserie ein Resonanzkörper ist, wirkt dieser Schall (Dröhngeräusche) störend. Könnte der gummielastische Isolator unter diesen Schwingungen ohne Vorspannung und damit nicht dämpfend arbeiten, so würde er auch keinen Schall übertragen. Es war aber bisher nicht möglich, die Vor­ spannung des gummielastischen Isolators durch die statische Last zu eliminieren, weil das hydraulische Dämpfungssy­ stem, das zum Dämpfen niedrigfrequenter starker Schwin­ gungen vorgesehen ist, nicht in der Lage ist, die stati­ sche Last vom gummielastischen Isolator fernzuhalten.

Bei einem aus der DE-PS 32 25 700 bekannten Lager dieser Art ist der Boden einer zweiten Kammer des hydrau­ lischen Dämpfungssystems im Abstützelement durch ein daran befestigtes scheibenförmiges Schubelement aus Gummi gebildet und durch das Dämpfungsfluid verdrängbar, um die zum Dämpfen der niederfrequenten starken Schwingungen erforderliche Strömung des Dämpfungsfluids durch die Drosseldurchgänge zuzulassen. Das Lager hat den gravierenden Nachteil, daß unter der statischen Last der einen Isolator bildende gummielasti­ sche Körper so weit vorgespannt wird, daß bei hochfrequen­ ten kleinen Schwingungen (von ca. 10 bis 200 Hz mit 0,5 bis 1,0 mm Amplitude) der vorgespannte Gummi des Isolators dämpfend arbeitet und Körperschall bzw. Geräusche über­ trägt.

Bei einem aus der DE-OS 29 48 408 bekannten Lager dieser Art ist in der ersten Kammer, die über Kanäle im Isolator mit der zweiten Kammer verbunden ist, eine nicht dehnbare Membrane als eine Kammerwand vorgesehen, die zum Volumen­ ausgleich in einem bestimmten Maß ausbeulbar ist. Die zwei­ te Kammer ist eine Ringkammer unterhalb des Stirnrandes des Isolators, die durch einen hochgeklappten elastischen Rand des Isolators nach unten und außen begrenzt ist. Nachteilig ist dabei unter anderem, daß durch die sta­ tische Last auch bei diesem Lager der Isolator so vorge­ spannt ist, daß er bei hochfrequenten kleinen Schwingungen dämpfend arbeitet und deshalb störenden Körperschall über­ trägt, und daß die die Kanäle im Isolator be­ grenzenden, in diesen einvulkanisierten Rohre nicht nur den Isolator unzweckmäßig verhärten, sondern auch zur Entste­ hung und Übertragung von Geräuschen beitragen.

Aus der DE-OS 27 30 046 ist ein Lager einer anderen Bauart bekannt, bei der die zweite Kammer durch einen Schwebekolben in einen mit der ersten Kammer durch Drosseldurchgänge verbundenen Kammerteil für das Dämp­ fungsfluid und in einen zweiten Leerraum aufgeteilt ist.

Nachteilig ist auch hierbei, daß die statische Last den Isolator vor­ spannt, so daß er bei hochfrequenten kleinen Schwingungen dämpft und Körperschall überträgt.

Aus der DE-OS 29 41 118 ist eine flüssigkeits- und federgedämpfte Vorrichtung, d. h. ein Stoßdämpfer, bekannt. Damit war beabsichtigt, einen Dämpfer mit verbesserten Betriebseigenschaften, mit einem verbesserten Balg einer Innenkammer, mit mehreren Betriebstufen für unterschied­ liches Dämpfungsverhalten, mit einem verbesserten An­ schlagpuffer sowie mit einem verbesserten Drosselventil für den Flüssigkeitsstrom zwischen den Flüssigkeitskam­ mern zur Verfügung zu stellen. Dieser Stand der Technik befaßt sich mit dem Problem des Verhinderns einer Kör­ perschallübertragung überhaupt nicht.

In der DE-OS 34 47 746 ist ein Zweikammer-Motorlager mit hydraulischer Dämpfung beschrieben. Dabei wird ange­ strebt, ein solches Motorlager zu schaffen, bei dem mit einfachen Mitteln während des Betriebs des Lagers eine Anpassung von Dämpfung und Steifigkeit an unterschied­ liche Betriebsbedingungen möglich ist. Der Gesichtspunkt einer unerwünschten Übertragung von Körperschall spielt hierbei gar keine Rolle und ist auch nicht erwähnt.

In dem DE-GBM 18 05 392 ist eine flüssigkeitsgedämpfte Gummifeder beschrieben, bei der die Federungsteile einen mit Flüssigkeit gefüllten Raum umschließen, der durch eine Trennwand mit Übertrittskanälen in zwei Kammern unterteilt ist. Ein in der einen Kammer vorgesehener Luftraum dient nur zum Volumenausgleich von verdräng­ ter Dämpfungsflüssigkeit. Bei diesem Stand der Technik handelt es sich um einen Schwingungsdämpfer zur elasti­ schen Lagerung von Brennkraftmaschinen. Das Verhindern einer Körperschallübertragung wird mit der flüssigkeits­ gedämpften Gummifeder nicht beabsichtigt und auch nicht erreicht, weil die Gummifeder hier die statische Last der Brennkraftmaschine trägt.

Die DE-OS 26 16 258 berichtet über ein Gummilager mit hydraulischer Dämpfung, das als Lager für Brennkraft­ maschinen gedacht ist und eine Geräuschübertragung ver­ hindern soll. Dabei ist in mindestens einem Arbeitsraum für eine Dämpfungsflüssigkeit ein Luftvolumen vorgese­ hen. Dieses Luftvolumen hat aber keine Tragfunktion, d. h. die Gummifeder trägt die statische Last und das Luftvolumen stellt nur eine Zusatzfeder dar. Im übri­ gen ist das Luftvolumen mit der Gummifeder in Reihe ge­ schaltet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Lager, insbesondere für Brennkraftmaschinen, dahingehend zu verbessern, daß es ohne nennenswerte Modifikationen in einem verhältnismäßig großen Bereich unterschiedlichen Schalldämmungsanforderungen anpaßbar ist und dabei die Übertragung von Körperschall oder zu Dröhngeräuschen führenden Schwingungen in einem bisher bei solchen Lagern nicht erreichten Maß verhindert.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elastisches Lager mit den im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei dieser Ausbildung ist der Luftfederbalg dank seines Innendrucks die parallel zum Isolator arbeitende, aber weichere Feder, die vom Isolator die statische Last fernhält, so daß dieser tatsächlich die kleinen, hochfrequenten Schwingungen praktisch ohne Dämpfungsarbeit zu leisten schluckt und keinen Schall überträgt. Der Luftfederbalg hat die Aufgabe, seinen Innendruck über das Dämpfungsfluid zum Kompensieren der statischen Last einzusetzen, um damit eine Vorspannung des Isolators zu verhindern. Das Schlucken der kleinen hochfrequenten Schwingungen übernimmt der härtere und nicht vorgespannte gummielastische Isolator, wobei gegebenenfalls die vom Luftfederbalg ausgehende Kraft mithilft, auch einen Teil dieser hochfrequenten kleinen Schwingungen ohne Geräuschübertragung zu schlucken. Mit der Größe und dem Innendruck des Luftfederbalges läßt sich das Lager universell an unterschiedliche Anforderungen anpassen, ohne daß es zusätzlicher aufwendiger Modifikationen des Lagers bedarf. Mit dem Innendruck des Luftfederbalgs und den unterschiedlichen Wirkflächen für das Dämpfungsfluid läßt sich das Lager einfach und universell an verschiedene Lasten anpassen, so daß mit ein- und demselben Lagertyp z. B. eine Motorbaureihe einer Fahrzeugbaureihe gelagert werden kann, selbst wenn sich die Motoren in der Anzahl ihrer Zylinder, dem Gewicht oder dem Verbrennungsprinzip voneinander unterscheiden und in unterschiedliche Karosseriegrundtypen eingesetzt werden.

Eine vorteilhafte Ausführungsform geht aus Anspruch 2 hervor. Hiernach werden die auf den Luftfederbalg ausgeübten Kräfte direkt an das Stützelement weitergegeben, und zwar zweckmäßigerweise dort, wo dieses an einem festen tragenden Bauteil abgestützt ist. Das Dämpfungsfluid drückt praktisch nur auf die Oberseite des Luftfederbalges.

Ein weiterer, besonders wichtiger Gedanke geht aus Anspruch 3 hervor. Mit dem von außen zugänglichen Füllventil kann das Lager besonders einfach an die jeweiligen Lasten angepaßt werden. Der notwendige Innendruck des Luftfederbalges ist verhältnismäßig gering. In der Praxis reicht ein Druckbereich zwischen 2 bis 16 bar, um die vorkommenden statischen Lasten aufzunehmen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform geht aus Anspruch 4 hervor. Mit einer dehnfähigen Haut bildet der Luftfederbalg die gewünschte weiche Feder, die parallel zum Isolator liegt und weicher als dieser ist. Der Luftfederbalg wird in dieser Form für Drücke bis 8 bar benutzt.

Eine alternative Ausführungsform geht aus Anspruch 5 hervor. Hierbei hat der Luftfederbalg einen Aufbau wie eine gewebeverstärkte Schlauchboothülle oder ein Gürtelreifen. Der Aufbau ist hoch belastbar und dauerhaft haltbar und wird z. B. bis 16 bar eingesetzt, wobei er ab ca, 8 bar erst weich wird.

Bei den Ausführungsformen der Ansprüche 4 und 5 empfiehlt es sich, auch die Merkmale von Anspruch 6 vorzusehen und den Luftfederbalg in der zweiten Kammer lagezusichern, damit das Dämpfungsfluid den Luftfederbalg nicht abhebt.

Baulich einfach ist auch die Ausführungsform von Anspruch 7. Ist die Wand nicht eingesetzt, sondern einstückig mit dem Stützelement ausgebildet, so wird im Kammerboden eine Öffnung zum Einbringen des Luftfederbalges vorgesehen.

Eine weitere, wichtige Ausführungsform geht aus Anspruch 8 hervor. In den labyrinthartigen Kanälen werden Turbulenzen im Dämpfungsfluid vermieden oder nach dem Entstehen wieder beseitigt, die andernfalls Geräusche erzeugen würden.

Die Geräuschdämmung und das Unterdrücken von Turbulenzen sowie der zweckmäßige Strömungswiderstand für das Dämpfungsfluid werden auf einfache und wirkungsvolle Weise gemäß Anspruch 9 erreicht.

Zweckmäßig ist auch die Ausführungsform von Anspruch 10, weil damit der Strömungswiderstand für das Dämpfungsfluid gut zu steuern ist, d. h., daß ein geräuschdämmender und langer Strömungsweg für das Dämpfungsfluid geschaffen wird.

Eine alternative Ausführungsform geht aus Anspruch 11 hervor. Bei der Druckübertragung durch das Dämpfungsfluid wird die elastische Schicht verformt und hilft, Geräusche durch Turbulenzen und auch Schwingungen zu dämpfen. Diese Wirkung kann durch die Maßnahme von Anspruch 12 noch verstärkt werden.

Eine weitere, zweckmäßige Ausführungsform geht aus Anspruch 13 hervor. Hier verläuft der Kanal für das Dämpfungsfluid im Isolator selbst, was den Vorteil hat, daß dieser infolge seiner Elastizität in der Kanalwand besonders gut Turbulenzen beseitigt oder unterdrückt, die andernfalls zur Geräuscherzeugung führen müßten.

Anhand der Zeichnungen werden nachstehend Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform eines Lagers,

Fig. 2 einen Schnitt eines Details einer weiteren Ausführungsform, und

Fig. 3, 4, 5 jeweils Details im Schnitt, die zu weiteren, nicht dargestellten Ausführungsformen gehören.

Ein elastisches Lager 1 gemäß Fig. 1, das z. B. zum Lagern einer Verbrennungskraftmaschine in einem Fahrzeug dient, weist als Hauptteile ein schalenförmiges Tragelement 4 und ein kegelstumpfförmiges, hohles Stützelement 2 auf. Bolzen 3 und 5 dienen zum Befestigen des Lagers 1. Zwischen der kegelförmigen Innenseite des Tragelementes 4 und der Kegelstumpf-Außenfläche des Stützelementes 2 ist ein Isolator 13 aus Gummi befestigt, vorzugsweise durch Vulkanisation. Eine obere Wand 7 des Stützelementes 2 begrenzt mit der oberen Stirnfläche 14 des Isolators 13 und der Unterseite einer Deckwand 10 des Tragelementes 4 eine erste Kammer 9. Im Inneren des Stützelementes 2 ist eine zweite, untere Kammer 6 ausgebildet. Die Wand 7 enthält Drosseldurchgänge 8 für ein die beiden Kammern 9 und 6 ausfüllendes Dämpfungsfluid 19, das eine Paste ist. In der zweiten Kammer 6 sitzt auf dem Boden ein Luftfederbalg 15, der mit einem Ansatz durch den Boden des Stützelementes 2 mit einem von außen zugänglichen Ventil 17 verbunden ist. Der Luftfederbalg 15 enthält eine Füllung 18 eines Gases, z. B. Luft, das unter einem Innendruck P steht. Die mit A 1 bezeichnete Wirkfläche des Luftfederbalges 15 ist kleiner, als die mit A 2 bezeichnete Wirkfläche der Deckwand 10 des Tragelementes 4. Zum Einbringen des Luftfederbalges 15 kann der Boden der Kammer 6 herausgenommen werden. Die die Kammer 6 begrenzende Außenwand des Stützelementes 2 ist mit 12 bezeichnet, während die mit dem Isolator 13 verbundene kegelförmige Wand des Tragelementes 4 mit 11 bezeichnet ist.

In eingebautem Zustand des Lagers 1 ruht auf dem Tragelement 4 eine statische Last F, die durch den Innendruck P des Luftfederbalges 15 über das Dämpfungsfluid 19 aufgenommen wird, so daß der Isolator 13 ohne Vorspannung bleibt. Der Innendruck P des Luftfederbalges 15 kann verhältnismäßig klein sein, da die Wirkfläche A 2 erheblich größer ist, als die Oberfläche A 1 des Luftfederbalges 15.

Das Lager 1 arbeitet wie folgt: Bei niedrigfrequenten starken Schwingungen, die zwischen dem Stützelement 2 und dem Tragelement 4 wirken, wird der Gummi des Isolators 13 verformt, so daß die erste Kammer 9 ihr Volumen verändert und das Dämpfungsfluid 19 durch die Drosseldurchgänge 8 pulsierend strömt. Das verdrängte Volumen wird jeweils durch ein Nachgeben des Luftfederbalges 15 kompensiert, wobei auch der Innendruck P im Luftfederbalg 15 ansteigt. Bei einer Entlastung des Lagers 1 wird ein Teil des Dämpfungsfluids 19 mittels des Druckes des Luftfederbalges 15 wiederum durch die Drosseldurchgänge 8 in die erste Kammer 9 zurückgedrängt, wobei die Schwingungen wiederum auf hydraulischem Weg gedämpft werden. Der Isolator 13 ist dank seiner Form als Schubelement ausgebildet, so daß er auch horizontale Schwingungen abzudämpfen vermag. Steigt die Frequenz der Schwingungen bei abnehmender Amplitude an (zwischen 10 und 200 Hz bei Amplituden unter 1,0 mm), dann ist das Dämpfungsfluid 19 zu träge, um durch die Drosseldurchgänge 8 hin- und herzuströmen. Dann schluckt der Isolator 13 diese kleinen, hochfrequenten Schwingungen wobei er wegen der wirksamen Kompensation der statischen Last F ohne Vorspannung und deshalb nicht dämpfend arbeitet und somit auch keine Geräusche überträgt. Der Luftfederbalg 15 kann für Drücke bis zu 8 bar aus einem elastischen Gummi bestehen oder auch aus einem kaum dehnbaren Material, z. B. ähnlich einem Gürtelreifen, aufgebaut sein (für Drücke zwischen 8-16 bar). Er dichtet entweder selbsttätig mit der Kammerinnenwand ab oder besitzt außen formschlüssig wirkende Dichtkanten, so daß das Dämpfungsfluid nicht an ihm vorbei nach unten gelangt.

Bei der Ausführungsform von Fig. 1 könnte zur Trennung der beiden Kammern 6, 9 die Wand 7 auch als scheibenförmiges Element, z. B. aus Aluminium, ausgebildet sein und eine Wand 20′, 20″, 20‴ bilden, in welche die Drosseldurchgänge 8 gebohrt sind (Fig. 3-5). Diese Wand 20′, 20″, 20‴ besitzt ein Außengewinde 21, mit dem es dicht in ein dann vorgesehenes Innengewinde des Stützelementes 2 eingeschraubt wird.

Bei der Ausführungsform von Fig. 2, die nur im Detail gezeigt ist, ist die Wand 7′ ohne Drosseldurchgänge ausgebildet. Die Kammer 9 steht jedoch mit der zweiten Kammer 6 über einen gekrümmten Kanal 26 im Isolator 13′ und eine Blende 25 in einer Bohrung 24 der Wand 23 der Kammer 6 in Strömungsverbindung. Der Kanal 26 ist im Isolator 13′ ausgebildet, was den Vorteil hat, daß etwaige auftretende Turbulenzen im Dämpfungsfluid, die zur Geräuschentwicklung führen könnten, unterdrückt oder nach dem Entstehen sofort wieder beseitigt werden, indem die turbulente Strömung gleich wieder in eine laminare Strömung umgewandelt wird. Über den Umfang des Isolators 13′ können mehrere Kanäle 26 und mehrere Blenden 25 vorgesehen sein, die dann entsprechend kleinquerschnittig sind.

Gemäß den Fig. 3, 4 und 5 sind Wände 20′, 20″, und 20‴ gezeigt, die beispielsweise bei der Ausführungsform des Lagers 1 von Fig. 1 in ein Innengewinde des Stützelementes 2 eingeschraubt werden können und die Trennung zwischen den beiden Kammern 6, 9 statt der Wand 7 gewährleisten.

Gemäß Fig. 3 ist die Wand ein aus zwei Hälften 27 und 30 zusammengesetzter scheibenförmiger Körper, in dem Strömungskanäle 28 an den jeweiligen Oberseiten der Wand 20′ liegende Mündungen 29, 31 derart miteinander verbinden, daß für die Strömung des Dämpfungsfluids ein labyrinthartiger Weg geschaffen wird, auf dem Turbulenzen unterdrückt oder beseitigt werden.

aus Fig. 4 ist erkennbar, daß in der Wand 20″, die beispielsweise aus einem Leichtmetallgußteil 32 gebildet wird, Strömungskanäle 33 verlaufen, die die an gegenüberliegenden Seiten liegenden Mündungen 34 und 35 miteinander verbinden. Die Strömungskanäle 33 sind zweckmäßigerweise mit einer Gummiauskleidung 36, 37 versehen, die bremsend und dämpfend auf das Dämpfungsglied einwirkt.

Bei der Wand 20‴ gemäß Fig. 5 ist ein scheibenförmiger Aluminiumkörper 44 vorgesehen, in dem die Drosseldurchgänge 8′ ausgebildet sind. Die beiden freien Oberseiten des Körpers 44 sind jeweils mit einer bremsenden Schicht 45 bzw. 46, z. B. aus einem Gummi, beschichtet. In den Schichten 45, 46 sind mit den Drosseldurchgängen 8′ fluchtende Öffnungen 47 ausgespart. Als zusätzliche Maßnahme zum Dämmen können in den Oberseiten der Schichten 45, 46, z. B. strahlenförmig von der Mitte radial nach außen verlaufende Riefen 48 eingeformt sein.

Claims (13)

1. Elastisches Lager (1) mit verringerter Übertragung von Körperschall, insbesondere für Brennkraftmaschinen, mit einem durch eine statische Last beaufschlagbaren Tragelement (4) und einem Stützelement (2), zwischen denen zueinander parallel geschaltet wenigstens ein Isolator (13, 13′) aus Gummi und ein hydraulisches Dämpfungssystem mit zwei über Drosseldurchgänge (8, 8′) miteinander verbundenen, mit einem inkompressiblen Dämpfungsfluid (19) gefüllten Kammern (6, 9) vorgesehen sind, wobei sich im hydraulischen Dämpfungssystem ein Luftfederbalg (15) befindet, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfederbalg (15) eine weichere Feder als der Isolator (13, 13′) darstellt und unter einem Innendruck (P) steht, der so bemessen ist, daß er die statische Last kompensiert, und daß das Dämpfungsfluid (19) eine dauerplastische pastöse Masse ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfederbalg (15) auf dem Boden der dem Tragelement (4) abgewandten Kammer (6) des Stützelements (2) ruht.

3. Lager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfederbalg (15) ein von außen zugängliches Füllventil (17) aufweist.

4. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfederbalg (15) eine elastische Haut aufweist.

5. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfederbalg (15) eine kaum dehnbare, gegebenenfalls gewebeverstärkte, Haut aufweist.

6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfederbalg (15) an der umlaufenden Innenwand der Kammer (6) festgelegt ist.

7. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammer (6, 9) trennende Wand (7, 7′, 20′, 20″, 20‴) an dem Stützelement (2) ausgebildet ist.

8. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (20′, 20″) labyrinthartige Kanäle (28, 33) als Drosseldurchgänge aufweist.

9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (33) zumindest zum Teil mit einer bremsenden Auskleidung (36, 37) versehen sind.

10. Lager nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kanal (28, 33) aus einer an einer Wandoberfläche einer Kammer (6, 9) beginnenden Mündung (31, 29; 34, 35) und einem geraden oder gekrümmten Kanalabschnitt besteht, wobei die Mündungen (31, 29; 34, 35) gegeneinander versetzt sind.

11. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand (20‴) aus einer Platte (44) besteht, die an ihren beiden den Kammern (6, 9) zugewandten Oberflächen bremsende Schichten (45, 46) trägt, sowie in der Platte (44) und in den Schichten (45, 46) Drosseldurchgänge (8′, 47) ausgebildet sind.

12. Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (45, 46) an ihren freien Oberflächen strukturiert sind.

13. Lager nach wenigstens einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kammern (9, 6) trennende Wand (7′) durchgehend ausgebildet und in wenigstens einer Kammerseitenwand (23) wenigstens eine Blende (25) vorgesehen ist sowie von der jeweils anderen Kammer (9) durch den Isolator (13′) hindurch ein Kanal (26) zu der Blende (25) führt.