DE4015528A1 - Gummilager fuer einen kolbenmotor - Google Patents
Gummilager fuer einen kolbenmotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein hydraulisch gedämpftes Lager nach
dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Ein solches Gummilager ist bekannt aus der DE-OS 36 19 685.
Die Wirklänge der Leitung läßt sich dabei durch Betätigung
eines Ventils beliebig vergrößern und verkleinern, um eine
auf Resonanzeffekten beruhende Dämpfungswirkung in einem
möglichst breiten Frequenzbereich zu erzielen. In bezug auf
die Isolierung von Schwingungen, die bei Erreichen der
Leerlaufdrehzahl des durch das Lager abgestützten Kolben
motors auftreten, ist das wenig befriedigend insofern, als
sich derartige Schwingungen störend in der Karosserie
bemerkbar machen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches
Gummilager derart weiterzuentwickeln, daß sich bei guter
Dämpfung der fahrbahnerregten, niederfrequenten Schwingungen
eine gute Isolierung von Schwingungen ergibt, die von dem
Kolbenmotor bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl ausgehen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden
Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausge
staltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
Bei dem erfindungsgemäßen Gummilager ist es vorgesehen, daß
die Dämpfungsöffnung kanalartig gestaltet und so dimensio
niert ist, daß die umschlossene Flüssigkeitsmasse bei
Erreichen der Leerlaufdrehzahl des Kolbenmotors in eine
gleichphasig mit diesem schwingende Relativbewegung einer
Amplitude gelangt, die größer ist als die Amplitude der
Bewegungen des Kolbenmotors, multipliziert mit dem Ver
hältnis aus dem Verdrängungsquerschnitt der Blähfedern und
dem Querschnitt der Dämpfungsöffnung.
Der Betrag der dynamischen Steifigkeit des Gummilagers ist
hierdurch bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl kleiner als bei
Motorstillstand, wodurch die von dem Kolbenmotor bei Er
reichen der Leerlaufdrehzahl ausgehenden Schüttelbewegungen
in ausgezeichneter Weise isoliert werden. Resonanzüberhöhte
Schwingungsausschläge des Motors sind bei Erreichen dieses
Betriebszustandes nicht zu befürchten. Die Betriebssicher
heit ist daher in keiner Weise gefährdet. Der Verdrängungs
querschnitt bezeichnet in diesem Zusammenhang denjenigen
Flächenbestandteil des Federelementes, der bei einer Ein- oder
Ausfederung des Auflagers kolbenartig wirksam ist.
Aus einem Fachaufsatz von Spurk/Andrä, "Theorie des Hydro
lagers", veröffentlicht in Automobilindustrie 5/85, Bild 3,
Seite 554 ist es bekannt, daß die dynamische Steifigkeit bei
hydraulisch gedämpften Gummilagern der vorstehend zur
Diskussion stehenden Art unterhalb der Resonanzfrequenz der
in der Leitung enthaltenen Flüssigkeitsmasse eine Absenkung
erfährt. Die Ausnutzung diesen Effektes für die Erzielung
einer guten Isolierung des Leerlaufschüttelns wird in dem
genannten Aufsatz nicht erwähnt.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr vorge
sehen, diesen Effekt in gezielter Weise auszunutzen und die
Abstimmung so vorzunehmen, daß sich bei Erreichen der
Leerlaufdrehzahl des abgestützten Kolbenmotors eine größt
mögliche Weichheit des den Kolbenmotor abstützenden Gummi
lagers ergibt.
In konstruktiver Hinsicht ist es gleichgültig, ob das Ventil
in dem Arbeits-, in dem Ausgleichsraum oder einer Zwischen
zone angeordnet ist weil sich hiervon unabhängig bei einer
Betätigung stets eine Blockierung der Dämpfungsöffnung
ergibt.
Die Dämpfungsöffnung sollte einen Durchtrittsquerschnitt
haben, der wenigstens 100 mm2 umfaßt. Hierzu ist anzumerken,
daß die Massenwirkung der Dämpfungsöffnung durch die Formel
ωo×L/A
charakterisiert ist. ωo bedeutet hierin die Dichte der in
der Dämpfungsöffnung enthaltenen Flüssigkeit, L die Länge
der Dämpfungsöffnung und A den Querschnitt der Dämpfungs
öffnung. In Verbindung mit der Blähelastizität der Wandungen
der Arbeitsräume und dessen hydraulischem Verdrängungsquer
schnitt ist es somit grundsätzlich möglich, eine gleich
wertig erscheinende Abstimmung auf eine bestimmte Frequenz
unter Verwendung einer Leitung von großer Länge und großem
Querschnitt vorzunehmen oder von kleiner Länge und kleinem
Querschnitt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung gelangt
bevorzugt eine Dämpfungsöffnung zur Anwendung, die einen
Querschnitt aufweist, welcher so groß ist, wie unter kon
struktiven Gesichtspunkten irgend möglich. Hierdurch werden
bei Einleitung von Schwingungen in das Gummilager im Ver
gleich zu üblichen Gummilagern erheblich vergrößerte
Flüssigkeitsmassen mit vergleichsweise verminderter Ge
schwindigkeit hin- und herverlagert, was eine Absenkung der
dynamischen Federsteifigkeit bei Erreichen der Leerlauf
drehzahl bedingt. Unter diesem Gesichtspunkt hat es es sich
als zweckmäßig bewährt, wenn die Leitung einen Querschnitt
aufweist, der wenigstens 100 mm2 umfaßt. Bei Drehzahlen
oberhalb der Leerlaufdrehzahl ist die Dämpfungsöffnung
durch ein Ventil verschlossen und nicht aktiv. Für die
Flüssigkeitsbewegung zwischen den Arbeitsräumen steht nur
die parallel geschaltete Verbindungsöffnung zur Verfügung.
Diese ist bei kanalartiger Ausbildung zweckmäßig ebenfalls
so groß wie möglich dimensioniert, was aus den angegebenen
Gründen eine gute Dämpfung von resonanzüberhöhten Schwingungs
ausschlägen des Motors ermöglicht.
Das Entlastungsventil sollte einen Querschnitt haben, der
wenigstens so groß ist wie der Querschnitt der Leitung. Es
vermag bei einer solchen Ausbildung die Relativbewegung der
gegebenenfalls durchtretenden Flüssigkeitsbestandteile nicht
zusätzlich zu hemmen.
Das Gummilager kann hinsichtlich seines äußeren Aufbaus an
die Form der üblichen Hydrolager angelehnt sein. Bei diesen
sind die beiden Arbeitsräume durch eine im wesentlichen eben
ausgebildete Trennwand voneinander getrennt und durch Gummi
wandungen nach außen abgeschlossen, von denen wenigstens die
eine hohlkegelig gestaltet ist. Die Dämpfungsöffnung ist
hierbei zumeist von Bestandteilen der Trennwand umschlossen.
Bei Ausführungen, bei denen beide Arbeitsräume durch Aus
sparungen eines einzigen Gummikörpers gebildet sind, der in
dem radialen Zwischenraum zwischen zwei einander umschlie
ßenden Stützhülsen angeordnet ist, hat es sich demgegenüber
als vorteilhaft bewährt, wenn die Dämpfungsöffnung zumindest
teilweise durch eine Ausnehmung der äußeren Stützhülse ge
bildet ist. Dem vorliegend zum Tragen kommenden Wunsch nach
einem großen Querschnitt und einer großen Länge der
Dämpfungsöffnung läßt sich hierdurch am besten entsprechen.
Eine solche Ausnehmung kann zumindest einen Abschnitt
aufweisen, der sich im wesentlichen in Umfangsrichtung
erstreckt. Zusätzlich oder alternativ kann die Ausnehmung
zumindest einen Abschnitt aufweisen, der sich im wesent
lichen in Längsrichtung der Stützhülse erstreckt.
Das Ventil wird so betätigt, daß die Dämpfungsöffnung nur
bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl des Kolbenmotors frei
gegeben ist. Bei anderen Betriebszuständen des Kolbenmotors
ist die Dämpfungsöffnung demgegenüber verschlossen und für
die schwingungsbedingte Hin- und Herbewegung von Flüssig
keitsbestandteilen zwischen den beiden Arbeitsräumen steht
lediglich die zur der Dämpfungsöffnung parallel geschaltete
Verbindungsöffnung zur Verfügung. Diese ist so dimensio
niert, daß Resonanzbewegungen des abgestützten Kolbenmotors
bei guter Isolierung akustisch störender Schwingungen
weitestgehend unterdrückt werden. Blenden- und kanalartige
Ausbildungsformen sind möglich. Sie können die eigentliche
Dämpfungsöffnung in konstruktiver Hinsicht ergänzen oder
separat von dieser angebracht sein.
Der Gegenstand der Erfindung wird nachfolgend anhand der
Zeichnung verdeutlicht. Es zeigen:
Fig. 1 ein Diagramm, in welchem die dynamische Steifigkeit über der
Frequenz aufgetragen ist.
Fig. 2 bis 4 einige beispielhafte Ausführungen des Gummilagers in quer
geschnittener Darstellung.
Fig. 5 eine beispielhafte Ausführung eines Einbauteiles, welches in
einem Gummilager von zylindrischem Außenumriß zur Anwendung
gelangen kann.
Fig. 6 eine beispielhafte Ausführung eines Gummilagers in längsge
schnittener Darstellung.
In dem in Fig. 1 gezeigten Diagramm ist die dynamische
Steifigkeit aufgetragen über der Frequenz der unter normalen
Betriebsbedingungen eines Kolbenmotors eingeleiteten Schwin
gungen. Das Diagramm weist zwei Kurvenverläufe auf. Der
linke Kurvenverlauf zeigt das Verhalten des Gummilagers bei
geschlossenem Ventil. Dabei ergibt sich im Bereich der
Stuckerfrequenzen ein steifes, dämpfendes System. Durch
Öffnen des Ventils läßt sich die Kurve soweit zu höheren
Frequenzen verschieben, daß das Minimum der Steifigkeit mit
der Erregerfrequenz des Systems im Leerlaufzustand des
abgestützten Kolbenmotors zusammenfällt. Das Gummilager
weist hierdurch eine besonders große Nachgiebigkeit und
Weichheit bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl auf, wodurch
eine optimale Entkopplung der Leerlaufschüttelbewegungen des
Kolbenmotors erreicht wird.
Das in Fig. 2 gezeigte Gummilager ist hinsichtlich seiner
äußeren Gestalt an die Bauform der Buchsenlager angepaßt. Es
umfaßt ein Innenteil 9 und ein Außenteil 8 aus metallischem
Werkstoff, die einander koaxial umschließen und dem Anschluß
der aufeinander abzustützenden, in einer Relativbewegung
befindlichen Maschinenteile dienen. Das Innenteil 9 und das
Außenteil 8 sind durch einen Tragkörper 4 aus gummielasti
schem Werkstoff und einander verbunden. Der Tragkörper 4
füllt den gesamten Zwischenraum zwischen dem Innenteil 9 und
dem Außenteil 8 aus, mit Ausnahme der im Inneren angeordne
ten und nach außen abgeschlossenen Arbeitsräume 1, 2, die
mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt sind und durch
eine Verbindungsöffnung 5 sowie eine Dämpfungsöffnung 6 in
flüssigkeitsleitender Verbindung stehen. Das Gummilager ist
für die Abstützung eines Kolbenmotors bestimmt. Dieser weist
einen Sensor auf, der bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl ein
Signal abgibt. Das Signal wird einem Ventil 7 zugeführt,
welches die Dämpfungsöffnung 6 bei Erreichen der Leerlauf
drehzahl freigibt. Bei anderen Betriebszuständen ist die
Dämpfungsöffnung 6 demgegenüber verschlossen.
Das Gummilager ist während seiner bestimmungsgemäßen Ver
wendung so eingebaut, daß die Arbeitsräume 1, 2 in Richtung
der bestimmungsgemäß aufzunehmenden Schwingungen hinterein
anderliegend angeordnet sind. Die Richtung ist durch einen
Doppelpfeil angedeutet.
Zur Funktion ist folgendes auszuführen:
Bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl des abgestützten Kolben motors wird das Ventil 7 geöffnet und die Arbeitsräume 1, 2 stehen sowohl durch die Verwendungsöffnung 5 als auch durch die Dämpfungsöffnung 6 in einer flüssigkeitsleitenden Verbindung. Die Abeitsräume 1, 2 sind im Bereich der sich quer zur Achse des Innenteiles 9 und des Außenteiles 8 erstreckenden Stirnseite durch dünne Wandungen begrenzt, welche Bestandteile des gummielastischen Tragkörpers 4 bilden und blähelastisch sind. Die Wandungen erfahren dementsprechend bei Einleitung der betriebsbedingt aufzu nehmenden Schwingungen abwechselnd eine elastische Auf blähung, was zur Folge hat, daß die in der Verbindungs öffnung 5 und die in der Dämpfungsöffnung 6 enthaltenen Flüssigkeitsmassen normalerweise keine Relativverschiebung erfahren, die der erregenden Schwingungen in synchroner Weise folgt. Im Normalfall ist vielmehr davon auszugehen, daß in Abhängigkeit von der Frequenz der eingeleiteten Schwingungen sowie in Abhängigkeit von der Größe der jeweils in den Öffnungen enthaltenen Flüssigkeitsmassen sowie der Federelastizität der Wandungen eine mehr oder weniger ausgeprägte Phasenschiebung zwischen der erregenden Schwingung und der Relativbewegung der Flüssigkeitsmassen auftritt. Die diesbezüglichen Zusammenhänge sind an sich bekannt.
Bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl des abgestützten Kolben motors wird das Ventil 7 geöffnet und die Arbeitsräume 1, 2 stehen sowohl durch die Verwendungsöffnung 5 als auch durch die Dämpfungsöffnung 6 in einer flüssigkeitsleitenden Verbindung. Die Abeitsräume 1, 2 sind im Bereich der sich quer zur Achse des Innenteiles 9 und des Außenteiles 8 erstreckenden Stirnseite durch dünne Wandungen begrenzt, welche Bestandteile des gummielastischen Tragkörpers 4 bilden und blähelastisch sind. Die Wandungen erfahren dementsprechend bei Einleitung der betriebsbedingt aufzu nehmenden Schwingungen abwechselnd eine elastische Auf blähung, was zur Folge hat, daß die in der Verbindungs öffnung 5 und die in der Dämpfungsöffnung 6 enthaltenen Flüssigkeitsmassen normalerweise keine Relativverschiebung erfahren, die der erregenden Schwingungen in synchroner Weise folgt. Im Normalfall ist vielmehr davon auszugehen, daß in Abhängigkeit von der Frequenz der eingeleiteten Schwingungen sowie in Abhängigkeit von der Größe der jeweils in den Öffnungen enthaltenen Flüssigkeitsmassen sowie der Federelastizität der Wandungen eine mehr oder weniger ausgeprägte Phasenschiebung zwischen der erregenden Schwingung und der Relativbewegung der Flüssigkeitsmassen auftritt. Die diesbezüglichen Zusammenhänge sind an sich bekannt.
Abweichend vom bekannten ist bei dem erfindungsgemäßen
Gummilager eine Dämpfungsöffnung 6 vorgesehen, welche nur
bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl durch Betätigung eines
Ventils 7 freigegeben wird und welche so dimensioniert ist,
daß die umschlossene Flüssigkeitsmasse bei Erreichen der
Leerlaufdrehzahl des Kolbenmotors in eine gleichphasig mit
diesem schwingende Relativbewegung einer Amplitude gelangt,
die größer ist als die Amplitude der Bewegungen des Kolben
motors, multipliziert mit dem Verhältnis aus dem Verdrängungs
querschnitt der Blähfedern, d. h. der vorstehend ange
sprochenen Wandungen, und dem Querschnitt der Dämpfungs
öffnung 6. Bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl verhält sich
das Gummilager dadurch weicher als bei Motorstillstand. Das
bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl auftretende Motorschüt
teln läßt sich hierdurch sehr gut isolieren.
Bei Erreichen höherer Motordrehzahlen wird die Dämpfungs
öffnung durch Betätigung des Ventils verschlossen. Als
Verbindung zwischen den Arbeitsräumen steht anschließend nur
noch die Verbindungsöffnung zur Verfügung. Das Gummilager
erfährt dementsprechend hinsichtlich seiner elastischen
Nachgiebigkeit eine gewissen Verhärtung. Diese ist so gering
wie möglich bemessen, um zu erreichen, daß akustisch stör
ende Schwingungen nicht in nennenswertem Maße übertragen
werden. Hiervon unabhängig ist die Verbindungsöffnung so
gestaltet, daß die enthaltene Flüssigkeitsmasse beim Auf
treten kritischer Motorschwingungen in eine hierzu gegen
phasige Resonanzbewegung gelangt. Entsprechende Schwingungen
erfahren dadurch eine gute Dämpfung.
Die in Fig. 3 gezeigte Ausführung unterscheidet sich von
der vorstehend beschriebenen im wesentlichen dadurch, daß
die Verbindungs- und die Dämpfungsöffnung (5, 6) ineinander
übergehend ausgebildet sind und gemeinsame Ein- und Auslaß
öffnungen haben. Die Herstellung ist hierdurch wesentlich
vereinfacht. Die Funktion des Gummilagers entspricht im
übrigen der vorstehend beschriebenen.
Fig. 4 unterscheidet sich von den vorstehend beschriebenen
im wesentlichen dadurch, daß die Verbindungsöffnung 5 dem
Innenteil 9 zugeordnet ist und sich parallel zur Richtung
der bestimmungsgemäß aufzunehmenden Schwingungen erstreckt.
Diese sind hinsichtlich ihrer Richtung durch einen Doppel
pfeil angedeutet und die parallele Zuordnung bedingt ein
verbessertes Ansprechen der Dämpfungswirksamkeit der Ver
bindungsöffnung 5.
In Fig. 5 ist ein Einbauteil in einer perspektivischen
Ansicht von oben wiedergegeben, welches bei der Herstellung
eines Gummilagers vom Typ der Buchsenlager zur Anwendung
gelangen kann. Diesem Typ entsprechen auch die vorstehend
beschriebenen Ausführungen nach den Fig. 1 bis 4.
Das in Fig. 5 gezeigte Einbauteil besteht im wesentlichen
aus dem Innenteil 9 und dem Außenteil 8, welche jeweils aus
Metall bestehen und welche durch einen Tragkörper 4 aus
Gummi und einander festgelegt und verbunden sind. Der
Tragkörper 4 kann durch unmittelbares Anvulkanisieren mit
dem Innenteil 9 und dem Außenteil 8 verbunden sein.
Der Außenteil 8 umschließt eine Verbindungsöffnung und eine
Dämpfungsöffnung 6. Beide werden durch Ausnehmungen des
Außenteiles 8 gebildet, wobei die Dämpfungsöffnung 6 inein
ander übergehend zwei Abschnitte aufweist, die sich im
wesentlichen in Umfangsrichtung des Außenteiles 8 erstreckt
und einen Abschnitt, der sich im wesentlichen parallel zur
Längsrichtung des Innenteiles 9 erstreckt, welches vorlie
gend durch eine Stützhülse gebildet ist. Das Betätigungs
glied des Ventils 7 ist schematisch angedeutet. Es kann der
Dämpfungsöffnung 6 auch in einer von der dargestellten
Ausführung abweichenden Weise zugeordnet sein. Die die
Arbeitsräume während der bestimmungsgemäßen Verwendung
stirnseitig abschließenden, blähelastischen Wandungen sind
mit 3 bezeichnet. Sie bilden einen einstückigen Bestandteil
des Tragkörpers 4 und bestehen aus Gummi.
Fig. 6 zeigt ein Gummilager in längsgeschnittener Darstell
ung, welches ebenfalls als Buchsenlager ausgebildet ist. Das
Innenteil 9 besteht aus einem Rohr, welches auf seiner
ganzen Länge von dem Außenteil 8 umschlossen und mit diesem
durch den Tragkörper 4 aus gummielastischem Werkstoff
verbunden ist. Der Tragkörper 4 enthält in Richtung der
bestimmungsgemäß aufzunehmenden Schwingungen hintereinan
derliegend angeordnete Arbeitsräume 1, 2, welche stirnseitig
durch Wandungen 3 verschlossen, mit einer hydraulischen
Flüssigkeit gefüllt und durch eine kanalartig ausgebildete
Verbindungsöffnung 5 und eine hierzu parallel geschaltete,
kanalartig ausgebildete Dämpfungsöffnung 6 verbunden sind.
Sowohl die Verbindungsöffnung 5 als auch die Dämpfungsöff
nung 6 werden durch sich in Umfangsrichtung erstreckende
Ausnehmungen des Außenteiles 8 gebildet, welche im Bereich
ihrer Mündungen axial in Richtung des jeweiligen Arbeits
raumes 1 bzw. 2 geöffnet sind. Die Dämpfungsöffnung 6 ist
durch ein signalbetätigbares Ventil verschließbar. Dieses
ist im Bereich der einen Mündung der Dämpfungsöffnung
angeordnet.
Das in Fig. 6 gezeigte Gummilager entspricht der her
stellungsbedingten Form. Diese ist vor allem dadurch ge
kennzeichnet, daß es in dem Teil 9 in bezug auf das Außen
teil 8 um ein Maß A relativ nach oben verschoben ist. Das
Maß A ist so gewählt, daß sich nach dem Aufbringen der
bestimmungsgemäß abzutragenden Last eine konzentrische
Zuordnung des Innenteiles 9 im Außenteil 8 ergibt. Die
Relativbeweglichkeit des Innenteiles 9 in bezug auf das
Außenteil 8 ist hierdurch in allen Richtungen von überein
stimmender Größe.
Das Außenteil 8 wird außenseitig von einem Blechkörper
umschlossen, welcher die Arbeitsräume 1, 2, die Verbindungs
öffnung 5 und die Dämpfungsöffnung 6 zugleich nach außen
abschließt. Er besteht aus metallischem Werkstoff.
Claims (5)
1. Gummilager für einen Kolbenmotor, bei dem zwei flüssig
keitsgefüllte Arbeitsräume vorgesehen sind, die durch
elastisch aufblähbare Begrenzungswände begrenzt und
durch wenigstens zwei parallel geschaltete Verbindungs
öffnungen verbunden sind, wobei die Verbindungsöffnungen
eine Dämpfungsöffnung umfassen, die durch ein Ventil
willkürlich verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dämpfungsöffnung (6) kanalartig gestaltet und so
dimensioniert ist, daß die umschlossene Flüssigkeits
masse bei Erreichen der Leerlaufdrehzahl des Kolben
motors in eine gleichphasig mit diesem schwingende
Relativbewegung einer Amplitude gelangt, die größer ist
als die Amplitude der Bewegungen des Kolbenmotors,
multipliziert mit dem Verhältnis aus dem Verdrängungs
querschnitt der Blähfedern (3) und dem Querschnitt (4)
der Dämpfungsöffnung.
2. Gummilager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Dämpfungsöffnung (6) einen Querschnitt aufweist, der
wenigstens 100 mm2 umfaßt.
3. Gummilager nach Anspruch 1 bis 2 bei dem die Arbeits
räume durch Aussparungen eines Gummikörpers gebildet
sind, der in dem radialen Zwischenraum zwischen zwei
einander umschließenden Stützhülsen (8, 9) angeordnet
ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsöffnung
(6) zumindest teilweise durch eine Ausnehmung der
äußeren Stützhülse (8) gebildet ist.
4. Gummilager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausnehmung zumindest einen Abschnitt aufweist, der
sich im wesentlichen in Umfangsrichtung erstreckt.
5. Gummilager nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Ausnehmung zumindest einen Abschnitt
aufweist, der sich im wesentlichen in Längsrichtung der
Stützhülse erstreckt.
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