DE3720140A1 - Hydraulische befestigung - Google Patents
Hydraulische befestigungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine hydraulische Befestigung gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1, wie Sie beispielsweise aus
der US-PS 41 59 091 bekannt ist.
Die Erfindung befaßt sich damit besonders mit hydraulischen
Befestigungen mit variabler Dämpfung.
Bei hydraulischen Befestigungen, wie den in zunehmenden Maße
zum Abstützen einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahr
zeug benutzten, verbindet eine Drosseldüse normalerweise
eine dehnbare Kammer mit einer weiteren Kammer, die wesent
lich weniger dehnbar ist und durch einen elastomeren Körper
bestimmt wird, der eine Verbindung zwischen zwei einander ge
genüberliegenden Befestigungsklammern der Befestigung bil
det. Bei solchen Befestigungen oder Lagerungen ist die Düse
nöffnung normalerweise von vorgeschriebener fester Größe,
und wenn eine variable Dämpfung erforderlich oder gewünscht
ist (z.B. hohe Dämpfung bei niedriger Frequenz und großen Am
plituden und geringe Dämpfung bei hoher Frequenz und kleinen
Amplituden), ist es allgemein üblich geworden, einen soge
nannten "Entkoppler" hinzuzufügen, der eine Volumenänderung
der Kammern bewirkt, so daß kein Fluid durch die Düsenöff
nung mit Bezug auf die vorgeschriebenen Frequenz- und Ampli
tudenpegel verschoben wird.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich in erster Linie damit,
eine neue und verbesserte hydraulische Befestigung zu schaf
fen mit einer unbegrenzt (infinitesimal) variablen Düsenöff
nung, deren Größe sich in Abhängigkeit von der Druckdiffe
renz der Kammern von einer Normgröße ändert.
Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäß eine hydraulische Lage
rung oder Abstützung geschaffen, die sich durch die im kenn
zeichnenden Abschnitt des Anspruches 1 dargelegten Merkmale
auszeichnet.
Dadurch schafft die Erfindung eine neue und verbesserte hy
draulische Befestigung, die eine Optimierung der dynamischen
Geschwindigkeits- und Dämpfungseigenschaften bezüglich der
Bewegungs-Frequenz und -Amplitude erlaubt, und je nach Ein
satz, entweder im Zug- oder im Druckbetrieb arbeiten kann.
Die Erfindung schafft weiter eine neue und verbesserte Hy
draulikbefestigung mit unbegrenzt (infinitesimal) veränderba
rer Düsenöffnung, die zum Abstützen und Positionieren eines
Auspuffsystemes relativ zu einem Kraftfahrzeuggehäuse und
seiner Umgebungs-Bestandteile gut geeignet ist und die Über
tragung von Geräusch und Vibrationen von dem Abgassystem zu
dem Fahrgastraum des Fahrzeuges reduziert.
Bei einer bevorzugten Ausführung einer Hydraulikbefestigung
entsprechend der vorliegenden Erfindung umfaßt die hydrauli
sche Befestigung zwei Befestigungsklammern, die sich aus ent
gegengesetzten Richtungen in das Innere eines Mantels er
strecken. Ein elastomerer Körper verbindet die Befestigungs
klammern mit dem Inneren des Mantels, und verbindet so die
Befestigungsklammern miteinander; dabei wird eine erste Kam
mer bestimmt, die sich nur im geringen Maße mit der Relativ
bewegung der Befestigungsklammern zueinander dehnt und zusam
menzieht. Eine zweite Kammer liegt innerhalb der ersten und
ist mit den Befestigungsklammern so verbunden, daß sie mit
deren relativer Abstandsbewegung und in Gleichkklang mit
dieser sich dehnt und zusammenzieht, jedoch in einem wesent
lich größeren Ausmaß, als es bei der ersten Kammer der Fall
ist. Ein erstes elastomeres Ventil verbindet die erste
Kammer mit der zweiten Kammer mittels einer Düsenöffnung in
dem Ventil, deren Größe mit zunehmenden Druckunterschied zwi
schen den Kammern über einem vorgeschriebenen Druckbereich
abnimmt, wenn der Druck in der ersten Kammer größer ist.
Weiter verbindet ein zweites elastomeres Ventil die zweite
Kammer mit der ersten Kammer mittels einer Düsenöffnung in
dem Ventil, deren Größe mit zunehmendem Druckunterschied zwi
schen den Kammern über dem vorgeschriebenen Bereich abnimmt,
wenn der Druck in der zweiten Kammer größer ist.
Beide Kammern sind mit einer Flüssigkeit gefüllt, und die
elastomeren Ventile besitzen eine Norm- oder Nenn-Öffnung
(Düse), deren Größe unter einer relativ kleinen Druckdiffe
renz zwischen den Kammern konstant bleibt, um so ein relativ
freies Durchströmen zuzulassen. Wenn jedoch der Druckunter
schied einen durch die Form- und Materialeigenschaften der
Ventile bestimmten vorschriebenen Pegel überschreitet,
schließen die jeweiligen Ventile ihre Düsen in Abhängigkeit
von diesem Druckunterschied, d. h. sie reduzieren in anderen
Worten die Größe der Mündung des jeweiligen Ventiles und er
geben dadurch einen höheren Dämpfungsgrad.
Das Gesamtergebnis besteht darin, daß bei einer relativen
Abstandsbewegung der Klammerglieder sowohl bei Druck wie
auch bei Zugbelastung der Befestigung die beiden Ventile so
zusammenarbeiten, daß sie ein hohes Maß von Dämpfung bei nie
driger Frequenz und großen Amplituden und ein relativ gerin
ges Maß von Dämpfung bei hoher Frequenz und niedrigen Ampli
tuden bewirken und so den erwünschten Effekt erzeugen, der
als höchst geeignet gefunden wurde, um Vibrationen abzuhal
ten, z.B. die Vibrationen eines Abgassystemes vom Fahrgast
raum eines Kraftfahrzeuges, wie es im einzelnen später be
schrieben wird.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung bei
spielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Schnittansicht einer bevorzugten Ausfüh
rung der erfindungsgemäßen hydraulischen
Befestigung, mit zum Öffnen und Schließen ange
ordneten Ventilen, zur Befestigung eines Abgas
systemes bei einem Kraftfahrzeug ausgelegt,
Fig. 2 eine Ansicht nach Linie 2-2 in Fig. 1, in
Pfeilrichtung gesehen,
Fig. 3 eine vergrößerte Ansicht eines der in Fig. 1
gezeigten Ventile mit normaler Düsenöffnung,
Fig. 4 eine Ansicht ähnlich Fig. 3, jedoch mit verrin
gerter Düsenöffnung des Ventiles, und
Fig. 5-10 graphische Darstellungen der Betriebseigen
schaften der hydraulischen Befestigung nach
Fig. 1-4.
In den Zeichnungen sind die gleichen Bezugszeichen für
gleichartige Teile in den unterschiedlichen Ansichten verwen
det und in Fig. 1 und 2 ist eine hydraulische Befestigung er
findungsgemäßer Art zum Befestigen eines Abgassystemes in
einem Kraftfahrzeug dargestellt.
Die Befestigung umfaßt zwei identische Halteklammern 10 und
12, einen Mantel 14, einen elastomeren Körper 16 und eine
dehnbare Innenkammer 18, die mit einer Flüssigkeit gefüllt
und innerhalb einer Außenkammer 20 des elastomeren Körpers
16 angeordnet ist, die mit der gleichen Flüssigkeit gefüllt
ist. Die Klammern 10 und 12 besitzen jeweils ein kreisförmig
gebogenes Ende 22 bzw. 24, in denen jeweils elastomere Aus
kleidungen 25 bzw. 27 sitzen, mit deren Hilfe die jeweilige
Klammer an der Unterseite eines Kraftfahrzeugchassis bzw. an
einem Abgassystem angeschraubt werden kann (wobei die letzt
genannten Teile überall üblich und deswegen nicht darge
stellt sind).
Jede Befestigungsklammer 10 und 12 besitzt jeweils einen
länglichen ebenen Abschnitt 26 und 28, der sich jeweils nach
unten bzw. oben in das Innere des Mantels 14 hinein er
streckt. Der Mantel 14 ist dreiseitig und der elastomere
Körper 16 ist in das Innere des dreiseitigen Mantels 14 und
an die entgegengesetzten Seitenflächen der Klammerabschnitte
26 und 28 angeformt (anvulkanisiert). Zusätzlich ist der ela
stomere Körper 16 so geformt, daß er die Außenkammer 20 be
stimmt, die durch eine elastomere Seitenwand 29 abgeschlos
sen ist, welche an einer Seite des Körpers 16, wie in Fig. 2
zu sehen, angeklebt ist.
Die Innenkammer 18 wird durch zwei starre Wände 30 und 32 be
stimmt, die jeweils an das innere Ende der Klammerabschnitte
26 bzw. 28 angeschweißt sind, und einen elastomeren Balg 34,
der mit dem Umfang dieser Wände dicht so verbunden ist, daß
er diese miteinander abdichtet und verbindet, aber gleichzei
tig eine Relativbewegung derselben gegegeinander erlaubt, so
daß sich die durch diese Teile gebildete Kammer 18 zusammen
ziehen und dehnen kann.
Mit diesem Aufbau widersteht der elastomere Körper 16 bei
einem Zusammenpressen der Befestigung, entsprechend einer ge
geneinander aufgewendeten Druckkraft auf die beiden Befesti
gungsklammern einer solchen Abstandsbewegung, und zwar durch
Scherung, und das Volumen der Außenkammer 20 nimmt nur ge
ringfügig ab, während das Volumen der Innenkammer 18 in rela
tiv großem Ausmaß abnimmt. Umgekehrt nimmt das Volumen der
Innenkammer 18 beträchtlich mehr als das Volumen der Außen
kammer 20 zu, wenn die Befestigung auf Zug beansprucht wird,
d.h. die Befestigungsklammern von einander weggezogen
werden.
Zwei Ventile mit variablen Düsenöffnungen 36 A und 36 B, die
in (der nicht gezeigten) Draufsicht kreisförmig sind, sind
jeweils in die Wände 30 und 32 eingesetzt. Diese Ventile
sind jeweils identisch, sind jedoch jeweils in einander
entgegengesetzter Strömungsrichtung angebracht, wie nachfol
gend beschrieben wird.
Wie am besten in Fig. 3 und 4 zu sehen ist, besitzen diese
Ventile, die aus einem elastomeren Material wie Gummi gebil
det sind, eine radial nach außen offene Nut 38 in ihrem
Umfang, mittels der sie seperat dicht und überdeckend in Öff
nungen 40 der jeweiligen Innenkammerwand eingesetzt sind, so
daß sie einen trichterförmigen Strömungsdurchlaß 42 zwischen
Innenkammer 18 und Außenkammer 20 bilden. Das Ventil 36 A an
der linken Seite der oberen Wand 30 (Fig. 1) ist in seinem
kräftefreien Zustand so aufgebaut, wie Fig. 3 zeigt, wobei
der Querschnitt des Strömungsdurchlasses 42 von der Innen
kammer 18 nach außen bei abnehmender Wandstärke zu einer re
lativ großen Öffnung 46 abnimmt, die als Dämpfungs-Düse
dient. Ein gleichartiges Ventil 36 A ist in ähnlicher Weise
an der rechten Seite der unteren Wand 32 angeordnet.
Ein sonst gleichartiges Ventil 36 B, das jedoch mit umgekehr
ter Strömungsrichtung angeordnet ist, ist an der rechten
Seite in die obere Wand 30 und ein weiteres solches Ventil
36 B in gleicher Weise an der linken Seite der unteren Wand
32 gemäß Fig. 1 eingesetzt, wobei die Querschnitte dieser
beiden Ventile 36 B von der Außenkammer 20 nach innen ver
jüngt sind, und damit in entgegengesetzter Richtung zu den
Ventilen 36 A.
Die Ventile 36 A und 36 B sind mit einer Kombination von Form
und Materialeigenschaften, wie dem Elastizitätsmodul, verse
hen, so daß ihre Düse (Ventilmündung) 46 im normalen oder
kräftefreien Zustand eine vorgeschriebene Größe gemäß Fig. 3
besitzt, und im wesentlichen so unter einem bestimmten Druck
unterschiedswert der Flüssigkeit in den Kammern 18 und 20
bleibt, wobei in Richtung der Pfeile in Fig. 3 und 4 Strö
mung auftritt. Wenn jedoch der Druckunterschied diesen be
stimmten Pegel überschreitet, drückt die sich ergebende
Druckkraft-Differenz, die in Richtung nach innen darauf
lastet, den Außendurchmesser des Ventils nach innen, und ver
ringert damit wie in Fig. 4 zu sehen, die Düsengröße.
Die Auslegung, d.h. das Ansprechen auf die Druckkraft-Diffe
renz, der Ventile 36 A und 36 B ist so, daß die Normalgrößen
der jeweiligen Düsen (d.h. die in Fig. 3 dargestellte Größe)
ein relativ freie Flüssigkeitsströmung zwischen den Klammern
18 und 20 erlauben, jedoch dann, wenn die vorgeschriebene
Druckkraft-Differenz die Düsen kleinschließt (d.h. in ihrer
Größe verringert), gemäß Fig. 2 die Strömung zwischen den
Kammern 18 und 20 wesentlich beschränkt und so eine Fluid
dämpfung bewirkt wird.
Wenn beispielsweise bei einem bestimmten Kraftfahrzeug, bei
dem das Abgassystem Eigenfrequenzen aufweist, die durch die
Maschine angeregt und auf die Aufhängstellen des Abgassy
stems übertragen wurden, mit Frequenzen von 50 Hz und 95 Hz,
bestand das Verlangen, diese Frequenzen von dem Kraftfahr
zeugchassis fernzuhalten, jedoch mit der Erfordernis, daß
das Abgassystem in Vertikalrichtung in einer vorgeschriebe
nen 25-mm-Hülle verblieb bei dynamischen Belastungen im
1-Hz-Bereich und beim Ansprechen des Abgassystem auf Stra
ßeneinflüsse auf die Federung im 10-Hz-Bereich.
Aufgrund dieser Parameter wurden die hydraulischen Befesti
gungen so ausgelegt, daß die Düsengröße und die Form der Ven
tile 36 A und 36 B freie Fluidströmung zwischen den Kammern 18
und 20 mit einer niedrigen Dämpfung bei den relativ hochfre
quenten und mit niedriger Amplitude versehenen Vibrationen
von 50 und 95 Hz aufwies, jedoch dann sich so schließt, daß
die Befestigung als eine relativ starre Verbindung wirkt, um
die Bewegung des Abgassystemes mit einem hohen Dämpfungsgrad
zu versehen bei den Vibrationen mit hoher Amplitude und nie
driger Frequenz von 1 Hz und 10 Hz. Das bedeutet, daß die Dü
senöffnungen das relativ inkompressible Fluid in der Innen
kammer 18 zurückhalten.
Andererseits wird das Abgassystem bei stillstehendem Fahr
zeug durch die sehr niedrigen Durometer-(Härte-)Werte des
elastomeren Körpers 16 gehalten.
Die Betriebseigenschaften der hydraulischen Befestigung mit
der für das Abgassystem vorgesehenen, oben beschriebenen va
riablen Dämpfung sind in Fig. 5 bis 10 dargestellt.
In Fig. 5 und 7 ist zu sehen, daß die dynamische Rate und
die Dämpfung dramatisch bei Frequenzen knapp unter 30 Hz
reduziert werden und dann bis zu Frequenzen von 200 Hz
relativ konstant bleiben. Andererseits nehmen die dynamische
Rate und die Dämpfung, wie in Fig. 6 und 8 zu sehen, in der
Nähe von ±15 mm dramatisch zu.
In Fig. ist zu sehen, daß bei dem Auslegungsbereich des Ab
gassystemes mit einer Last von 4,5 kg (10 lb) die Rate in
der Befestigung mit der Auslenkung bis zu einer maximalen
Entwurfslast von 27 kg (60 lb) allmählich ansteigt, um so
das System innerhalb von ±15 mm der Entwurfslage zu halten.
In Fig. 10 wird die Hydraulikbefestigung mit variabler
Düsenöffnung erfindungsgemäßer Art (durchgezogene Linie) mit
einer üblichen Hydraulikbefestigung mit festgelegter
Düsenöffnung (gestrichelte Linie) verglichen, und es ist zu
sehen, daß die Dämpfung der erfindungsgemäßen hydraulischen
Befestigung dramatisch von einem hohen auf einen niedrigen
Pegel abfällt, gerade unter der vorgeschriebenen niedrigen
Frequenz (große Amplitude) und danach konstant bleibt, wäh
rend bei der üblichen festen Düsenöffnung die Dämpfung all
mählich abfällt, was in Hinblick auf eine gute Abtrennung
der Vibration eines Abgassystems oder eines Motors bei einem
Kraftfahrzeug unerwünscht ist.
Obwohl zwei Paare gleichartiger Ventile bei der bevorzugten
Ausführung eingesetzt werden, können gleichartige Er
gebnisse auch mit nur zwei solchen, entgegengesetzt ange
ordneten Ventilen erzielt werden, oder es können auch mehre
re Ventile benutzt werden, je nach den zu bewältigenden Volu
menströmungen.
Die bevorzugte Ausführung wurde als im Hinblick auf die Befe
stigung eines Abgassystemes bei einem Kraftfahrzeug ausge
legt beschrieben, aber es ist dem Fachmann verständlich, daß
die erfindungsgemäße hydraulische Befestigung gleich gut zur
Befestigung anderer Bauteile, wie einer Brennkraftmaschine
bei einem Kraftfahrzeug geeignet ist, wenn ähnliche Betriebs
eigenschaften erwünscht sind.
Claims (5)
1. Hydraulische Befestigung mit einem Mantel (14), einem
Paar Befestigungsgliedern (10, 12), die sich von ent
gegengesetzten Richtungen in das Innere des Mantels (14)
hineinerstrecken, mit elastomeren, die Befestigungsglie
der (10, 12) mit dem Inneren des Mantels verbindenden
Mitteln (16), welche eine erste Kammer (20) bestimmen,
die sich mit einer relativen Abstandsbewegung der Befesti
gungsglieder (10, 12) dehnt und zusammenzieht, und eine
zweite Kammer (18), die sich mit relativer Abstandsbewe
gung der Befestigungsglieder (10, 12) dehnt und zusammen
zieht, wobei die Kammern (18, 20) mit Flüssigkeit gefüllt
sind, und mit variablen Düsenmitteln (36 A, 38 B), die eine
gesteuerte Fluidverbindung zwischen den jeweiligen Kam
mern (18, 20) schaffen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Kammer (18) durch dehnbare Mittel (34) be
stimmt ist, innerhalb der ersten Kammer (20) angeordnet
ist und sich bei der relativen Abstandsbewegung der Befe
stigungsglieder (10, 12) dehnt und zusammenzieht in
Gleichklang mit und mit größerer Geschwindigkeit als die
erste Kammer (20), und daß das variable Düsenmittel (36 A,
36 B) erste Düsenmittel (36 B) variabler Größe zur Verbin
dung der ersten Kammer (20) mit der zweiten Kammer (18)
über eine Düsenöffnung (46) umfaßt, deren Größen mit zu
nehmendem Druckunterschied zwischen den Kammern (18, 20)
über einem vorgeschriebenen Druckbereich abnimmt, wenn
der Druck in der ersten Kammer (20) größer ist, und
zweite Mündungsmittel (36 A) variabler Größe zur Verbin
dung der zweiten Kammer (18) mit der ersten Kammer (20)
über eine Düse (46), deren Größe mit zunehmendem Druckun
terschied zwischen den Kammern (18, 20) über dem vorge
schriebenen Druckbereich abnimmt, wenn der Druck in der
zweiten Kammer (18) größer ist.
2. Hydraulische Befestigung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das dehnbare Mittel
(34) in der ersten Kammer (20) einander gegenüberliegende
starre Wände (30, 32) besitzt, die mit den jeweiligen Be
festigungsgliedern (10, 12) verbunden sind, und daß die
zweite Kammer (18) sich bei der Abstandsbewegung der Befe
stigungsglieder (10, 12) im Gleichklang mit und in einem
größerem Ausmaß dehnt bzw. zusammenzieht, als dies bei
der ersten Kammer (20) der Fall ist.
3. Hydraulische Befestigung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das dehnbare Mittel
(34) innerhalb der ersten Kammer (20) zwei voneinander
mit Abstand versehene, an den jeweiligen Befestigungsglie
dern (10, 12) befestigte Seiten (30, 32) umfaßt, und daß
die zweite Kammer (18) sich bei der relativen Abstandsbe
wegung der Befestigungsglieder (10, 12) in Gleichklang
mit und in einem wesentlichen größerem Maße als die erste
Kammer (20) dehnt und zusammenzieht.
4. Hydraulische Befestigung nach einem der Ansprüche 1-3,
dadurch gekennzeichnet, daß das erste und
das zweite Düsenmittel (36 B, 38 A) mit variabler Größer je
weilige elastomere Ventile umfaßt, deren Mündung (46) je
weils in ihrer Größe in Abhängigkeit von dem jeweiligen
zunehmenden Druckunterschied abnimmt.
5. Hydraulische Befestigung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß jedes elastomere
Ventil (36 A, 36 B) trichterförmige Gestalt besitzt, die
mit abnehmender Wandstärke zusammenläuft.
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