DE4015528A1 - Gummilager fuer einen kolbenmotor - Google Patents

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.

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.