DE3720140A1 - Hydraulische befestigung - Google Patents

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.