DE3532489C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein schwingungsdämpfendes Lager für ein schwingendes Aggregat mit einem Trag- und einem Lagerteil, die durch eine Tragfeder aus gummielastischem Werkstoff verbunden sind und gemeinsam mit dieser einen mit Luft gefüllten und über eine Drosselöffnung mit der Außenluft verbundenen Arbeitsraum umschließen, wobei der den Arbeitsraum begrenzende Bestandteil des Lagerteiles als schwingfähige Platte ausgebildet ist.

Gummilager der vorgenannten Art sind beispielsweise aus der DE-OS 27 37 219 und aus der US-PS 25 38 658 bekannt. Sie gelangen bei der Lagerung von Verbrennungsmotoren zur Anwendung, werden den hier gestellten Anforderungen jedoch insofern wenig gerecht, als sich nur eine sehr unbefriedigende Isolierung der von diesen erregten, hochfrequenten Eigenschwingungen ergibt.

Elastische Lagerungen bedürfen, wenn eine Erregung im Bereich der Resonanzfrequenz nicht ausgeschlossen werden kann, stets der Dämpfung. Erst hierdurch lassen sich unzulässig große Auslenkungen im Resonanzfall vermeiden.

Die Dämpfung kann durch Anwendung verlustbehafteter, elastomerer Werkstoffe erfolgen, durch hydraulische oder durch aerodynamische Mittel. In allen Fällen bedingt ihre Anwendung jedoch eine Verhärtung der Feder und damit eine Verschlechterung der erzielten Isolierwirkung in dem Bereich oberhalb der Eigenfrequenz des Systems.

Die unter Ausnutzung der inneren Verluste elastomerer Werkstoffe erzielbaren Dämpfungswirkungen sind oft zu klein und außerdem auch dann wirksam, wenn sie nicht erwünscht sind, nämlich bei der Einleitung hochfrequenter Schwingungen. Unter Anwendung hydraulischer oder aerodynamisch wirkender Dämpfungsmittel sind bessere Dämpfungswirkungen erzielbar.

Die bekannten hydraulisch gedämpften Gummilager sind jedoch relativ kompliziert im Aufbau und dementsprechend teuer. Sie erweisen sich darüber hinaus als technisch wenig zuverlässig wegen der bei Wechselbeanspruchungen kaum zu vermeidenden Kavitation im Inneren.

Elastische Lagerungen mit einer aerodynamisch arbeitenden Dämpfungseinrichtung sind wesentlich einfacher gestaltet, sie liefern aber nur dann die erforderliche hohe Dämpfungswirkung in bezug auf eine ausreichende Dämpfung niederfrequenter Schwingungen, wenn sie für den speziellen Anwendungsfall exakt dimensioniert sind. Anhand der in der Anlage beigefügten Fig. 1 wird das nachfolgend weiter erläutert:

Das in Fig. 1 längs geschnitten wiedergegebene Gummilager besteht aus dem Tragteil 4, dem Lagerteil 5 und der aus gummielastischem Werkstoff bestehenden Tragfeder 1, die gemeinsam den luftgefüllten Arbeitsraum 2 umschließen. Letzterer ist durch eine Drosselöffnung 3 mit der Außenluft verbunden.

Bei einer schnellen Einfederung des Traglagers 4 ergibt sich eine vorübergehende Komprimierung des in dem Arbeitsraum 2 enthaltenen Luftvolumens. Es vergeht dann eine begrenzte Zeit, die Relaxationszeit τ, bis Außen- und Innendruck wieder bis auf 1/e einander gleich sind. Die Relaxationszeit ist maßgebend für die erzielbare Dämpfungswirkung. Sie ergibt sich aus der Beziehung τ=W · F₂, wobei F₂ die Federung (reziproke Federkonstante) des Luftpolsters und W den Strömungswiderstand der Drosselöffnung 3 bezeichnen. Das mechanische und elektrische Ersatzschaltbild des Federungssystemes ist in den Fig. 2 und 3 wiedergegeben. F₁ bezeichnet darin die Federung der Tragfeder.

Aus den gezeigten Ersatzschaltbildern ergibt sich ein Verlustfaktor η des Gesamtsystems von wobei δ der Verlustwinkel, α=F₁/F₂ das Verhältnis der Federungen und ω die Kreisfrequenz ist. Für α=2 ergibt sich der maximale Verlustwinkel δ _max =30° und wird für also für erreicht.

Es ist deshalb zweckmäßig, τ so zu wählen, daß die Resonanzfrequenz des durch das Gummilager federnd gestützten Körpers wird.

α=2 bedeutet in diesem Falle, daß die durch das im Arbeitsraum enthaltene Luftpolster gebildete Luftfeder bei geschlossener Öffnung doppelt so hart sein muß wie die Elastomerfeder, wenn so hohe Dämpfungswerte erwünscht sind. Die Elastomerfeder muß deshalb so dimensioniert werden, daß die Tiefe des Luftvolumens unter statischer Soll-Last nicht viel größer ist als die zu erwartende dynamische Auslenkung. Durch die Nichtlinearität der Luftfeder - insofern gelten die Ersatzschaltbilder nach den Fig. 2 und 3 nur mit Einschränkungen - ist die Gefahr des Anschlagens dennoch gering. Hierdurch verursachte Nebenwirkungen können zusätzlich weiter vermindert werden, wenn man die Unterseite der Tragfeder so gestaltet, daß sich ein progressiv wirkender Anschlagpuffer ergibt.

Bei hohen Frequenzen, beispielsweise bei der oft störenden Zündfolgefrequenz eines Kolbenmotors, findet ein Druckausgleich zwischen dem Arbeitsraum und der Außenluft praktisch nicht mehr statt. Es kommt zur Addition der Federraten von Luft- und Tragfeder, was gleichbedeutend damit ist, daß bei α=2 das Gummilager 3mal so steif wird wie im Grenzfall tiefer Frequenzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gummilager der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß bei Gewährleistung einer guten Dämpfungswirkung bei Einleitung tieffrequenter Schwingungen die bei Einleitung hochfrequenter Schwingungen störende Verhärtung zumindest in einem begrenzten Frequenzbereich vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Gummilager der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß der Arbeitsraum und die Drosselöffnung derart gestaltet sind, daß die Zeitkonstante τ der Entspannung des in dem Arbeitsraum enthaltenen Luftpolsters durch die Drosselöffnung mit der Resonanzfrequenz ω₀ des auf dem Lager abgestützten Aggregats verknüpft ist durch die Formel wobei F₁ die Federung der Tragfeder und F₂ die Federung der in dem Arbeitsraum bei geschlossener Drosselöffnung gebildeten Luftfeder ist, und daß die Masse und die reziproke Biegesteifigkeit der Platte derart abgestimmt sind, daß deren Resonanzfrequenz derjenigen Frequenz enspricht, bei der das Lager eine geringe Gesamtfedersteife aufweisen soll.

Bei dem erfindungsgemäßen Gummilager ist somit der der Tragfeder gegenüberliegende Bestandteil des Lagerteiles als Plattenresonator ausgebildet und hinsichtlich seiner Eigenfrequenz an diejenige Frequenz angepaßt, bei der eine möglichst weiche Federung erwünscht ist, beispielsweise an die Frequenz der hochfrequenten Schwingungen eines Kfz-Motors. Die von diesen hervorgerufenen Druckänderungen in dem Arbeitsraum werden dadurch kompensiert. Sie können in den an das Lagerteil angrenzenden Maschinenteilen nicht mehr störend in Erscheinung treten.

Die Tiefe des Luftpolsters ist bei statischer Sollbelastung der Tragfeder nur wenig größer als die maximal zu erwartende, dynamische Auslenkung. Hierdurch ergibt sich auch eine schnelle Erneuerung des in dem Arbeitsraum enthaltenen Luftvolumens, was wesentlich zur zusätzlichen Kühlung beiträgt.

Die Unterseite der Tragfeder kann auf der dem Lagerteil gegenüberliegenden Seite mit einer als Anschlagpuffer wirkenden, kuppelartigen Aufwölbung versehen sein. Hierdurch wird ein störungsfreier Betrieb auch bei gelegentlich auftretenden Überlastungen sicher gewährleistet.

Der als Plattenresonator wirkende Teil des Lagerteiles kann im einfachsten Falle einstückig mit dem Lagerteil erzeugt sein, beispielsweise wenn bei dessen Herstellung das Tiefziehverfahren zur Anwendung gelangt. Die Eigenfrequenz des Plattenresonators ist in diesem Falle vorgegeben. Sie läßt sich in dem erforderlichen Maße an die Frequenz der zu isolierenden Schwingungen anpassen durch Anbringung von Zusatzmassen.

Nachfolgend wird der Gegenstand der vorliegenden Erfindung anhand der in der Anlage beigefügten Fig. 4 bis 6 weiter erläutert:

Das mechanische und das elektrische Ersatzschaltbild des erfindungsgemäßen Gummilagers ist in den Fig. 5 und 6 wiedergegeben. Dabei ist F₃ die Federung (reziproke Biegesteife) des Plattenresonators 6 und M die effektive Masse des den Plattenresonator bildenden Bestandteiles des Lagerteiles, gegebenenfalls einschließlich der aufgesetzten Zusatzmasse 7. Wie man leicht erkennt, reduziert sich durch diese Ausbildung die Gesamtsteife des Gummilagers bei der Resonanzfrequenz auf die Steife der Tragfeder 1, d. h. auf 1/F₁. Bei Einleitung von der Resonanzfrequenz des Plattenresonators entsprechenden Schwingungen tritt daher eine störende Verhärtung der Feder nicht mehr in Erscheinung.

Claims (2)

1. Schwingungsdämpfendes Lager für ein schwingendes Aggregat mit einem Trag- und einem Lagerteil, die durch eine Tragfeder aus gummielastischem Werkstoff verbunden sind und gemeinsam mit dieser einen mit Luft gefüllten und über eine Drosselöffnung mit Außenluft verbundenen Arbeitsraum umschließen, wobei der den Arbeitsraum begrenzende Bestandteil des Lagerteils als schwingfähige Platte ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsraum (2) und die Drosselöffnung (3) derart gestaltet sind, daß die Zeitkonstante τ der Entspannung des in dem Arbeitsraum (2) enthaltenen Luftpolsters durch die Drosselöffnung (3) mit der Resonanzfrequenz ω₀ des auf dem Lager abgestützten Aggregats verknüpft ist durch die Formel wobei F₁ die Federung der Tragfeder (1) und F₂ die Federung der in dem Arbeitsraum (2) bei geschlossener Drosselöffnung (3) gebildeten Luftfeder ist, und daß die Masse und die reziproke Biegesteifigkeit der Platte (6) derart abgestimmt sind, daß deren Resoanzfrequenz derjenigen Frequenz entspricht, bei der das Lager eine geringe Gesamtfedersteife aufweisen soll.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (6) eine Vorrichtung zum Anbringen einer Zusatzmasse aufweist.