DE3825780A1 - Elastisches lager mit hydraulischer daempfung, insbesondere motorlager fuer kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Lager mit hydraulischer Dämpfung nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Bei einem bekannten elastischen Lager dieser Bauart (DE-PS 32 25 700) schließt die Bodenplatte zwischen Gittern eine bewegliche Trennwand aus weichelastischem Werkstoff ein, in der Einschnitte vorgesehen sind. Diese Einschnitte bilden Drosselöffnungen, deren Querschnitt in Abhängigkeit von der zur Verfügung stehenden Druck­ differenz zwischen dem Arbeitsraum und dem Ausgleichs­ raum sich mehr oder weniger erweitert. Bei großen Druckdifferenzen sind die Drosselquerschnitte insgesamt größer, die Dämpfung also geringer. Dieses vorbekannte Motorlager hat den Nachteil, daß die Einschnitte bei den im praktischen Einsatz auftretenden großen Belastungen weiterreißen können, so daß die Dämpfungsabstimmung sich wesentlich verändert. Weiterhin läßt der weichelastische Werkstoff der Trennwand an sich keine große Lebensdauer erwarten.

Bei Zweikammer-Motorlagern mit starr miteinander ver­ bundenen Stirnwänden (DE-PS 27 18 121 bzw. 28 22 776) ist es ebenfalls schon bekannt, durch kegelförmig ausgebildete Ringlippen in Abhängigkeit von der Druck­ differenz in den beiden Kammern des Lagers einen verän­ derlichen Durchflußquerschnitt zwischen den beiden Kammern zu erhalten. Jede Verformung der kegelförmigen Lippen geht mit einer Durchmesserveränderung insbeson­ dere des freien Lippenrandes einher, was das Material dieser gummielastischen Lippen äußerst stark bean­ sprucht. Auch diese Bauart dürfte daher hinsichtlich der Lebensdauer des Motorlagers nicht befriedigen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elasti­ sches Lager mit hydraulischer Dämpfung der voraus­ gesetzten Gattung zu schaffen, das robust ist, eine besonders einfache Abstimmbarkeit der Parameter der Dämpfung zuläßt und sowohl progressive als auch de­ gressive Dämpfungen mit zunehmender Druckdifferenz ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kenn­ zeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Die elastische Ventilscheibe stellt ein ein­ faches Bauteil dar, das aus hoch belastbaren Materialien, beispielsweise aus Federstahl, gefertigt werden kann. Nicht nur über die Durchmesser der Bohrungen in der Ventilscheibe und in der Bodenplatte, sondern auch über den Abstand der Bohrungen etwa in der Ebene der Boden­ platte läßt sich die Dämpfung gut einstellen. Auch die Elastizität der Ventilscheibe ist hinreichend genau festlegbar, und zwar auch über einen größeren Tempera­ turbereich. Das Durchbiegen der Ventilscheibe etwa in Axialrichtung des Lagers läßt sich einfach dazu nutzen, zusätzlich verhandene Drosselquerschnitte mit fort­ schreitender Durchbiegung mehr zu verschließen (pro­ gressive Dämpfung). Die Durchbiegung läßt sich aber ebenso gut dazu ausnutzen, solche zusätzlichen Dros­ selquerschnitte mit fortschreitender Durchbiegung zunehmend freizugeben (degressive Dämpfung).

Die Erfindung ist im folgenden anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Mittelschnitt durch das neue Lager, das einen degressiven Kennlinienverlauf der Dämpfung als Funktion der an der Drossel anliegenden Druckdifferenz aufweist und

Fig. 2 einen der Fig. 1 entsprechenden Teilschnitt durch die Bodenplatte des neuen Lagers mit einem progressiven Kennlinienverlauf.

Das in Fig. 1 der Zeichnung dargestellte Lager umfaßt oben einen Lagerkern 1, der mit einer starkwandigen hohlkegelförmigen Tragfeder 2 aus gummielastischem Material verbunden ist. Diese beiden Teile umschließen zusammen mit einer Bodenplatte 3 den Arbeitsraum 4, der ebenso wie der Ausgleichsraum 5 mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt ist. Der Ausgleichsraum 5 ist in seinem Volumen veränderlich, was durch die gummielasti­ sche und dünnere Kammerwandung 6 erreichbar ist. Die elastische Kammerwandung 6 ragt in ein tassenartiges, zur Atmosphäre hin entlüftetes Gehäuseteil 7. Alle Lagerteile sind über einen umlaufenden Ringflansch 8 flüssigkeitsdicht verspannt, der auch das untere An­ schlußteil für die Tragfeder 2 bildet.

Der Arbeitsraum 4 steht mit dem Ausgleichsraum 5 sowohl über konstante Drosselöffnungen 9 als auch über Drossel­ querschnitte in Verbindung, die abhängig von der Druck­ differenz zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Ausgleichs­ raum 5 veränderlich sind.

Der veränderliche Drosselquerschnitt ergibt sich bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 durch die mit den Drosselbohrungen 9 versehenen und zur Bodenplatte 3 parallelen elastischen Ventilscheiben 10, die abhängig von ihrer axialen Durchbiegung zwischen ihnen und der Bodenplatte 3 weitere Strömungsspalte freigibt, durch die Flüssigkeit zwischen den Kammern 4 und 5 ausge­ tauscht werden kann.

Wie man in der Zeichnung erkennt, haben die Ventil­ scheiben 10 und die Bodenplatte 3 miteinander fluchtende Drosselbohrungen 9 und 11, die mehr im äußeren Rand­ bereich der kreisförmigen Ventilscheiben und der Boden­ platte 3 vorgesehen sind. Die Ventilscheiben 10 bestehen zweckmäßig aus Federstahl, und wenigstens eine dieser Scheiben liegt an der Bodenplatte 3 an. Die Ventil­ scheiben 10 können auch unter Vorspannung an der Boden­ platte 3 anliegen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 ist die Bodenplatte 3 in zwei Teilplatten 12 unterteilt, die einen axialen Abstand voneinander haben. Die Ventilscheiben 10 wirken dabei mit den einander zugekehrten Wandungen der Teil­ platten 12 zusammen. Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 sind zwei Ventilscheiben zu einem Scheibenpaket zusam­ mengefaßt. Am äußeren Rand der Ventilscheiben 10 ist ein Ringspalt 13 vorgesehen. Zwischen den beiden Scheiben­ paketen ist eine Distanzscheibe 14 angeordnet, und die gesamte Bodenplatte 3 ist mittig durch den Niet 15 zusammengespannt. Die obere der beiden Ventilscheiben 10 des oberen Scheibenpakets wirkt dabei mit der Unterseite der Teilplatte 12 der Bodenplatte 3 zusammen, während die untere Ventilscheibe 10 des unteren Scheibenpakets mit der Oberseite der unteren Teilplatte 12 zusammen­ wirkt.

Sind die dynamischen Druckschwankungen zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Ausgleichsraum 5 klein, so ver­ bleiben die Ventilscheiben 10 in der in Fig. 1 darge­ stellten Lage. Als wirksame Drosselquerschnitte stehen dann nur die Drosselöffnungen 9 des oberen und des unteren Ventilscheibenpaketes zur Verfügung. Durch diese Drosselöffnungen 9 wird die Flüssigkeit hin- und herge­ schoben, wodurch Dämpfungskräfte erzeugt werden. Treten größere Verformungsgeschwindigkeiten des elastischen Lagers mit einem beispielsweise in dem Arbeitsraum 4 deutlich höheren Druck als in dem Ausgleichsraum 5 auf, so werden sich die beiden Ventilscheiben 10 des oberen Scheibenpaketes in ihren äußeren Randbereichen etwas nach unten verbiegen. Zwischen dem oberen Randbereich der oberen Ventilscheibe 10 und der Unterseite der oberen Teilplatte 12 bildet sich ein Ringspalt, durch den die Flüssigkeit zusätzlich zu den Drosselöffnungen 9 der oberen Ventilscheiben in den Raum zwischen dem oberen Scheibenpaket und dem unteren Scheibenpaket strömen kann. Die Weite dieses Ringspalts ist abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Ausgleichsraum 5. Bei zunehmender Druckdifferenz vergrößert sich somit der Drosselquerschnitt insgesamt, was zu einer Reduzierung des Wertes für die Dämpfungs­ konstante führt. Das in Fig. 1 dargestellte Lager hat daher einen degressiven Dämpfungskennlinienverlauf als Funktion der zwischen beiden Seiten der Bodenplatte 3 anliegenden Druckdifferenz.

In Fig. 2 ist dagegen eine Bodenplatte 3′ dargestellt, mit der ein progressiver Verlauf der Dämpfungskennlinie als Funktion der beiderseits der Bodenplatte 3 an­ liegenden Druckdifferenz erreichbar ist.

Wie man erkennt, sind dabei die Ventilscheiben 10′ mit axialem Abstand zur eigentlichen Bodenplatte 3′ ange­ ordnet und am Umfang befestigt. Ein jeweils aus drei Ventilscheiben 10′ bestehendes Scheibenpaket ist beider­ seits der Bodenplatte 3′ vorgesehen. Zur Befestigung der Scheibenpakete mit dem schon erwähnten Abstand dienen äußere Distanzringe 16, die an der Oberseite und an der Unterseite der Bodenplatte 3′ anliegen und auf ihrer jeweils anderen Seite die über den Ringflansch 8 zusam­ mengespannten Ventilscheiben 10′ abstützen. Die Ventil­ scheiben 10′ haben in ihrem mittleren Bereich eine zentrale Öffnung 17.

Bei kleinen dynamischen Differenzdrücken zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Ausgleichsraum 5 werden sich die Ventilscheiben 10′ nur geringfügig verformen. Die Flüssigkeit strömt dann hauptsächlich durch die zen­ tralen Öffnungen 17 der Ventilscheiben 10′ und durch die Drosselbohrungen 11 der Bodenplatte 3′. Es erfolgt allenfalls eine ganz geringe Dämpfung. Bei deutlich größerem Druck im Arbeitsraum 4 als im Ausgleichsraum 5 werden sich die Ventilscheiben 10′ immer mehr zur Bodenplatte 3′ hin verformen, was zunehmend zu einer Verengung des Strömungsquerschnitts zwischen dem Rand der Öffnungen 17 und der benachbarten Bodenplatte 3′ führt. Im Extremfall kann dieser Querschnitt völlig verschlossen werden, so daß dann die Flüssigkeit nur noch durch die Drosselöffnungen 9 des oberen Scheiben­ pakets der Ventilscheiben 10′ strömen kann. Wie man sieht, ergibt sich mit dem Lager nach Fig. 2 bei kleinen Verformungsgeschwindigkeiten ein kleiner Wert für die Dämpfung und bei großen Verformungsgeschwindigkeiten ein großer Wert.

Ein solches Verhalten kann im akustischen Bereich Vorteile bieten, da es erst bei höheren Verformungs­ geschwindigkeiten eine spürbare dynamische Verhärtung aufweist. Dies gilt insbesondere dann, wenn als Motor­ lager die Grundbiegeeigenfrequenz der Ventilscheiben 10′ so abgestimmt wird, daß sie knapp oberhalb der Eigen­ frequenzen der dominanten Starrkörperschwingungen der Motor-Getriebe-Einheit liegt. Die Ventilscheiben 10′ wirken in diesem Fall als mechanisches Tiefpaßfilter.

Das Lager nach Fig. 1, dessen Dämpfung mit zunehmenden Differenzdrücken geringer wird, erlaubt es, Änderungen der Viskosität der in dem Lager eingeschlossenen Flüs­ sigkeit zumindest teilweise zu kompensieren. Bei höherer Viskosität sind die Differenzdrücke zwischen der Ar­ beitskammer 4 und der Ausgleichskammer 5 größer, so daß sich ein vergrößerter Drosselquerschnitt einstellt, welcher der dynamischen Verhärtung des Lagers nach Fig. 1 entgegenwirkt.

Wie man in den Fig. 1 und 2 erkennt, lassen sich die Drosselsysteme der neuen Lager ohne grundlegende kon­ struktive Änderungen in handelsübliche Lager mit hydrau­ lischer Dämpfung integrieren. Als Variationsparameter zum Verändern der Lagercharakteristik steht die Biege­ steifigkeit der Ventilscheiben 10 bzw. 10′ zur Verfü­ gung, die in einem Scheibenpaket ggf. auch unter­ schiedlich sein kann. Ferner kann auf die Charakteristik der Lager durch Variation der Durchmesser der Bohrungen 9, 11 und 17 sowie durch Variation des Abstands dieser Bohrungen etwa in der Ebene der Bodenplatten Einfluß genommen werden. Weiterhin können die Drosselbohrungen 9 der Ventilscheiben 10 bzw. 10′ eines Scheibenpakets hintereinander im Durchmesser abgestuft sein.

Claims (13)

1. Elastisches Lager mit hydraulischer Dämpfung, insbesondere Motorlager für Kraftfahrzeuge, mit einer Tragfeder aus gummielastischem Material, die mit einer Bodenplatte einen mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum umschließt, der über wenigstens einen druckabhängig veränderlichen Drosselquerschnitt in der Bodenplatte mit einem im Volumen veränderlichen Ausgleichsraum in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine zur Bodenplatte (3, 3′) weitgehend parallele und mit Drosselbohrungen versehene, elastische Ventil­ scheibe (10, 10′) vorgesehen ist, die abhängig von ihrer axialen Durchbiegung einen zwischen ihr und der Bodenplatte (3, 3′) gebildeten Strömungsspalt erweitert oder verengt.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (10, 10′) und die Bodenplatte (3, 3′) miteinander fluchtende Drosselbohrungen (9, 11) haben.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventilscheibe (10, 10′) aus Federstahl besteht.

4. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrungen (9, 11) im äußeren Randbereich der kreisförmigen Ventilscheibe (10, 10′) und Bodenplatte (3, 3′) vorgesehen sind.

5. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (10) an der Bodenplatte (3) anliegt.

6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (10) unter Vorspannung an der Bodenplatte (5) anliegt.

7. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (3, 3′) mit wenigstens zwei Ventil­ scheiben (10, 10′) zusammenwirkt, von denen eine mit ihrer Unterseite und die andere mit ihrer Oberseite an der Bodenplatte (3, 3′) anliegt.

8. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Bodenplatte (3) in zwei Teilplatten (12) mit axialem Abstand unterteilt ist und die Ventil­ scheiben (10) mit den einander zugekehrten Wan­ dungen der Teilplatten (12) zusammenwirken.

9. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (10) mittig mit der Ventilplatte (3) verbunden und an ihrem äußeren Rand ein Ring­ spalt (13) vorgesehen ist.

10. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilscheibe (10′) mit Abstand zur Bodenplatte angeordnet und am Umfang befestigt ist und ferner in ihrem mittleren Bereich wenigstens eine zentrale Öffnung (17) aufweist.

11. Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits der Bodenplatte (3′) wenigstens eine Ventilscheibe (10′) vorgesehen ist.

12. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ventilscheiben (10, 10′) zu einem Scheiben­ paket zusammengefaßt sind.

13. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zueinander fluchtenden Drosselbohrungen (9) eines Scheibenpakets unterschiedliche Durchmesser haben.