DE4031114A1 - Elastische lagerung mit einer fluidfuellung - Google Patents
Elastische lagerung mit einer fluidfuellungInfo
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- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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Description
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine zylindrische,
elastische Lagerung mit einer Fluidfüllung, um Schwingungen
auf der Grundlage von Strömungen eines in der Lagerung be
findlichen inkompressiblen Fluids zu dämpfen oder zu isolie
ren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine derar
tige elastische Lagerung mit einer Fluidfüllung, die einen
einfachen Aufbau aufweist und ausgezeichnete Dämpfungs- und/
oder Isoliereigenschaften bzw. -kennwerte mit Bezug auf
Schwingungen über einen weiten Frequenzbereich hinweg bietet.
Eine zylindrische, elastische Lagerung ist als ein zwischen
zwei Bauteile eines Schwingungssystems eingesetztes Vibra
tionsdämpfungselement, um diese beiden Bauteile flexibel zu
verbinden, bekannt. Bei dieser Art einer elastischen Lagerung
oder Aufhängung sind eine innere sowie äußere Hülse, die
mit vorgegebenem radialen Abstand radial zueinander beabstan
det sind, federnd durch einen zwischen die Hülsen eingefüg
ten elastischen Körper verbunden. Die elastische Lagerung
ist imstande, primär Vibrationen, die in einer diametralen
Richtung der Hülsen empfangen oder aufgenommen werden, zu
dämpfen oder zu isolieren. Dieser Typ einer zylindrischen,
elastischen Lagerung kann relativ kompakt sowie klein bemes
sen gefertigt und ohne Schwierigkeiten für einen vergleichs
weise niedrigen Wert einer relativen Radialverlagerung zwi
schen der Innen- sowie Außenhülse bei Aufbringen einer über
mäßigen Schwingungsbelastung ausgelegt werden. Aus diesen
Gründen ist die zylindrische, elastische Lagerung in weitem
Umfang als eine Motoraufhängung, Differentiallagerung und
eine Aufhängebuchse oder -muffe für Kraftfahrzeuge verwen
det worden.
In jüngerer Zeit wurde eine zylindrische, elastische Lagerung
mit einer Fluidfüllung bekannt, die eine Mehrzahl von zwi
schen der inneren sowie äußeren Hülse ausgebildeten Fluidkam
mern besitzt, welche untereinander durch einen Drosselkanal
verbunden sind (siehe die JP-Patent-OS′en Nr. 56 - 1 64 242
und Nr. 63 - 2 89 349). Bei dieser elastischen, mit einem
Fluid gefüllten Lagerung wird das die Fluidkammern anfüllen
de inkompressible Fluid zu einem Fließen zwischen den Kam
mern durch den Drosselkanal hindurch gebracht, wenn zwi
schen der Innen- sowie Außenhülse eine Schwingungsbelastung
aufgebracht wird. Die fluidgefüllte, elastische Lagerung
isoliert die eingetragene Schwingung auf der Grundlage der
Resonanz der Fluidmasse, die durch den Drosselkanal fließt,
wirksamer als die elastische Lagerung, die sich lediglich
auf die Federkraft des elastischen Körpers für eine Dämpfung
der Vibration stützt.
Bei der zylindrischen, elastischen Lagerung der oben angege
benen Art mit einer Fluidfüllung wird eine Verbesserung in
der Isolierfunktion für die Vibrationen auf der Grundlage
der Resonanz des Fluids mit Bezug auf lediglich diejenigen
Vibrationen erreicht, deren Frequenzen in der Nachbarschaft
der Frequenz liegen, auf die der Drosselkanal abgestimmt
ist. Beispielsweise wird der Drosselkanal so abgestimmt,
daß er wirksam ein Motorrütteln sowie -stoßen und andere nie
derfrequente Schwingungen auf der Grundlage der Fluidreso
nanz dämpft. In diesem Fall arbeitet der Drosselkanal, als
ob er im wesentlichen geschlossen wäre, wenn die Frequenz
der eingetragenen Schwingungen höher ist als die abgestimmte
Frequenz des Drosselkanals. Demzufolge zeigt die elastische
Lagerung eine übermäßig hohe dynamische Federkonstante, d. h.
einen erheblich erniedrigten Vibrationsisolier- oder -dämp
fungseffekt, mit Bezug auf mittel bis hochfrequente Schwin
gungen, wie z. B. Leerlaufvibrationen des Motors.
Im Hinblick auf den oben geschilderten Nachteil der zylindri
schen, elastischen Lagerung mit einer Fluidfüllung wurde vor
geschlagen, ein Regelventil für ein ausgewähltes Öffnen und
Schließen des Drosselkanals in Abhängigkeit vom Typ der ein
getragenen Schwingung vorzusehen, wie in der JP-GM-OS
Nr. 59 - 1 16 649 offenbart ist. Das Regelventil wird durch
einen geeigneten Stellantrieb, z. B. eine Magnetspule, betä
tigt, so daß der Drosselkanal automatisch geöffnet und ge
schlossen wird, um der elastischen Lagerung die Möglichkeit
zu geben, unterschiedliche Schwingungsdämpfungs- oder -iso
lierkennwerte zu bieten.
Die Verwendung des Regelventils für den Drosselkanal hat je
doch eine gesteigerte bauliche Kompliziertheit der elasti
schen Lagerung auf Grund dessen zum Ergebnis, daß Vorkehrun
gen für eine Fluiddichtigkeit am Ort des Regelventils getrof
fen werden müssen und der Stellantrieb für das Regelventil
in die Lagerung eingegliedert werden muß. Demzufolge werden
die Herstellungskosten für die elastische Lagerung beträcht
lich erhöht.
Es ist deshalb die primäre Aufgabe der Erfindung, eine zylin
drische, elastische Lagerung oder Aufhängung zu schaffen,
die eine einfache Konstruktion aufweist sowie imstande ist,
einen Anstieg in der dynamischen Federkonstanten mit Bezug
auf Vibrationen, deren Frequenzen höher sind als die Reso
nanzfrequenz des durch den Drosselkanal fließenden Fluids,
zu verhindern oder zu minimieren, während die Lagerung gleich
zeitig einen ausreichend hohen Schwingungsdämpfungseffekt
auf der Grundlage der Resonanz des durch den Drosselkanal
fließenden Fluids bietet.
Diese Aufgabe wird gemäß dem Prinzip der vorliegenden Erfin
dung gelöst, wonach eine elastische Lagerung mit einer Fluid
füllung für eine flexible Verbindung von zwei Bauelementen
geschaffen wird, die umfaßt: (i) eine innere sowie eine
äußere Hülse, die in ihrer radialen Richtung zueinander beab
standet sind und an denen jeweils die beiden Bauelemente,
die durch die elastische Lagerung flexibel verbunden werden
sollen, befestigt sind, (ii) einen elastischen, zwischen
die innere sowie äußere Hülse eingesetzten, diese Hülsen fe
dernd oder nachgebend verbindenden Körper, der wenigstens
teilweise eine zwischen der Innen- sowie Außenhülse angeord
nete, mit einem inkompressiblen Fluid gefüllte Druckaufnahme
kammer abgrenzt, so daß sich ein Druck des Fluids in dieser
Druckaufnahmekammer auf Grund einer elastischen Verformung
des elastischen Körpers bei Aufbringen einer Schwingungsbela
stung zwischen der Innen- sowie Außenhülse ändert,
(iii) Einrichtungen, die einen umschlossenen Raum abgrenzen,
welcher zwischen der Innen- sowie Außenhülse angeordnet und
zur Druckaufnahmekammer in einer Umfangsrichtung der Innen-
sowie Außenhülse beabstandet ist, (iv) eine Trennwand, die
ein flexibles Teil enthält und den umschlossenen Raum in eine
Ausgleichkammer von veränderlichem Volumen, die mit dem in
kompressiblen Fluid gefüllt ist, sowie eine Luftkammer, die
dem flexiblen Teil der Trennwand ein elastisches Verformen
erlaubt, um eine Änderung im Druck des Fluids innerhalb der
Ausgleichkammer aufzunehmen, unterteilt, (v) Einrichtungen,
die einen Drosselkanal für eine Fluidverbindung zwischen der
Druckaufnahme- sowie der Ausgleichkammer für eine Fluidströ
mung zwischen diesen Kammern bestimmen, und (vi) Druckregel
einrichtungen, die einen Druck in der Luftkammer verändern.
Die fluidgefüllte, elastische Lagerung gemäß der Erfindung
mit dem obigen Aufbau zeigt einen ausreichend hohen Vibra
tionsisoliereffekt auf der Grundlage der Resonanz des durch
den Drosselkanal fließenden Fluids, wenn der Druck in der
Luftkammer zu relativ hoch hin eingeregelt wird, beispiels
weise wenn der Atmosphärendruck an die Luftkammer gelegt wird.
Wenn der Druck in der Luftkammer auf einen relativ niedrigen
geregelt wird, wobei z. B. ein verminderter Druck, der niedri
ger als der Atmosphärendruck ist, an der Luftkammer aufge
bracht wird, dann zeigt oder bietet die elastische Lagerung
eine ausreichend niedrige dynamische Federkonstante.
Somit ist die erfindungsgemäße Lagerung durch geeignetes Ein
stellen der Druckregeleinrichtungen imstande, einen Anstieg
in der dynamischen Federkonstanten mit Bezug auf hochfre
quente Schwingungen, für die der Drosselkanal nicht wirksam
ist, zu minimieren, während ein hoher Schwingungsisolieref
fekt auf der Grundlage der Resonanz des durch den Drosselka
nal fließenden Fluids mit Bezug auf relativ niederfrequente
Schwingungen gewährleistet wird. Somit zeigt die erfindungs
gemäße elastische Lagerung oder Aufhängung mit einer Fluid
füllung ausgezeichnete Vibrationsisolier- oder -dämpfungs
kennwerte über einen relativ weiten Bereich der Schwingungs
frequenzen.
Die Druckregeleinrichtungen können eine Unterdruckquelle,
um einen gegenüber dem Atmosphärendruck niedrigeren Druck
zu erzeugen, und Schaltelemente, die mit der Unterdruckquelle
verbunden sind, umfassen. Die Schaltelemente sind zwischen
einer ersten Position, um die Atmosphäre an die Luftkammer
zu legen, und einer zweiten Position, um den verminderten
Druck an die Luftkammer zu legen, zu betätigen.
Die Druckregeleinrichtungen können mit der Luftkammer mit
tels eines geeigneten Anschlußstutzens verbunden sein, der
an einem durch einen Tragarm oder eine Konsole, worin die
äußere Hülse befestigt aufgenommen ist, geführten Loch ange
bracht ist. Dieses Loch steht mit der Luftkammer über einen
Durchlaß in Verbindung, der durch die äußere Hülse hindurch
ausgebildet ist. Jedoch kann der Anschlußstutzen auch unmit
telbar an der äußeren Hülse für eine Verbindung der Druckre
geleinrichtungen mit der Luftkammer angebracht sein.
Die Aufgabe wie auch weitere Ziele und die Merkmale sowie
Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die
Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung der derzeit bevor
zugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes deutlich.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt einer Lagerung gemäß der Erfindung
für den Motor eines Kraftfahrzeugs;
Fig. 2 den Schnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1;
Fig. 3 einen Querschnitt einer inneren, durch Vulkanisie
ren eines elastischen Körpers zwischen eine innere
Hülse sowie eine Zwischenhülse gebildeten Baugruppe
für die Lagerung von Fig. 1;
Fig. 4 den Schnitt nach der Linie 4-4 in der Fig. 3;
Fig. 5 einen Querschnitt eines ersten, eine Drossel in der
Lagerung von Fig. 1 bestimmenden Bauteils;
Fig. 6 eine Draufsicht auf das erste, eine Drossel bestim
mende Bauteil von Fig. 5;
Fig. 7 den Schnitt nach der Linie 7-7 in der Fig. 5;
Fig. 8 einen Querschnitt eines zweiten, eine Drossel in der
Lagerung von Fig. 1 bestimmenden Bauteils;
Fig. 9 eine Unteransicht des zweiten, eine Drossel bestim
menden Bauteils von Fig. 8;
Fig. 10 den Schnitt nach der Linie 10-10 in der Fig. 8.
Die Fig. 1 und 2 zeigen eine zylindrische, elastische Lage
rung mit einer Fluidfüllung für einen Kraftfahrzeugmotor,
die eine innere, aus einem geeigneten Metallmaterial gefer
tigte Hülse 10 besitzt. Radial auswärts der inneren Hülse
10 ist eine äußere Hülse 18 derart angeordnet, daß die beiden
Hülsen 10 und 12 radial zueinander mit exzentrischer Lagebe
ziehung von geeigneter radialer Versetzung beabstandet sind.
Zwischen die innere sowie äußere Hülse 10 und 12 ist ein
diese beiden Hülsen nachgiebig verbindender elastischer Kör
per 14 eingefügt. Die Motorlagerung wird am Fahrzeug in der
Weise angebaut, daß der Motorblock an der äußeren Hülse 12
befestigt wird, während der Fahrzeugaufbau mit der inneren
Hülse 10 fest verbunden wird, so daß der Motorblock flexibel
vom Fahrzeugaufbau getragen wird, um Vibrationen zu dämpfen
oder zu isolieren. Durch die Masse des Motorblocks, die in
der vertikalen Richtung, in der die zwei Hülsen 10, 12 zuein
ander exzentrisch sind, auf die äußere Hülse 12 einwirkt,
werden die beiden Hülsen in einer im wesentlichen konzentri
schen oder koaxialen Lagebeziehung zueinander gehalten. In
diesem Zustand wirkt die Motorlagerung primär dahingehend, Vibra
tionen, die in Richtung der exzentrischen Versetzung der beiden
Hülsen 10 und 12, d. h. in der vertikalen Richtung bei Betrach
tung von Fig. 1 aufgenommen oder empfangen werden, zu iso
lieren. Die o. a. Richtung wird im folgenden als die "Last
aufnahmerichtung" bezeichnet.
Wie insbesondere die Fig. 3 und 4 zeigen, ist eine metalli
sche Zwischenhülse 16 von relativ geringer Dicke radial außer
halb der Innenhülse 10, die eine relativ große Wandstärke
hat, angeordnet. Die Innen- und Zwischenhülse 10, 16 sind
zueinander mit einer geeigneten radialen Versetzung in der
Lastaufnahmerichtung exzentrisch. Ferner sind diese beiden
Hülsen 10 und 16 untereinander durch den zwischen ihnen aus
gebildeten elastischen Körper 14 flexibel verbunden. Wie noch
erläutert werden wird, wird der elastische Körper 14 durch
Vulkanisieren derart gebildet, daß er mit der Innen- bzw.
Außenfläche der äußeren bzw. inneren Hülse 12 bzw. 10 haf
tend verbunden wird, wodurch eine innere Baueinheit, die in
den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, geschaffen wird.
Zwischen der Zwischenhülse 16 und dem elastischen Körper 14
ist ein axialer Hohlraum 18 abgegrenzt, der in der Achsrich
tung der Lagerung ausgestaltet ist. Wie den Fig. 1 und 4 zu
entnehmen ist, ist dieser axiale Hohlraum 18 bei Betrachtung
in der Lastaufnahmerichtung auf einer der diametral gegen
überliegenden Seiten der inneren Hülse 10, auf welcher Seite
der radiale Abstand zwischen der Innen- sowie Zwischenhülse
10, 16 kleiner ist als auf der anderen Seite, angeordnet.
Der axiale Hohlraum 18 hat in der Zeichnungsebene von Fig. 3
allgemein eine Bogenform, die etwa einem halben Umfang der
Hülsen 10 und 16 entspricht. Wegen der Existenz des axialen
Hohlraumes 18 ist der elastische Körper 14 lediglich auf der
o. a. anderen Seite, auf welcher der erwähnte radiale Abstand
größer ist, d. h. bei Betrachtung in Fig. 3 lediglich im all
gemein oberen Teil des Raumes oberhalb der Zwischenhülse 16,
vorhanden. Insofern wirkt der axiale Hohlraum 18 dahingehend,
eine Zugverformung oder -spannung des elastischen Körpers
14, die durch die darauf über die äußere Hülse 12 aufgebrach
te Masse des Motorblocks hervorgerufen wird, wenn die Motorla
gerung am Fahrzeug, wie oben beschrieben wurde, angebaut
wird, zu vermindern oder zu verhindern.
Der elastische Körper 14 besitzt eine Tasche 20 in Gestalt
einer an der Außenumfangsfläche offenen Ausnehmung, und die
Zwischenhülse 16 hat ein mit der Öffnung der Tasche 20 fluch
tendes Fenster 22, so daß die Tasche 20 an der Außenfläche
der Zwischenhülse 16 offen ist. Die Tasche 20 und das Fenster
22 sind jeweils in Teilen des elastischen Körpers 14 und der
Zwischenhülse 16 ausgebildet, die in der diametralen Richtung
der Innenhülse 10 zum axialen Hohlraum 18 entgegengesetzt
sind, d. h., die Tasche 20 und das Fenster 22 sind auf derje
nigen Seite der Innenhülse 10 angeordnet, auf welcher der
Betrag der exzentrischen Versetzung von Innen- und Zwischen
hülse 10, 16 relativ groß ist.
Der elastische Körper 14 ist mit einer diesen in der axialen
Richtung der Motorlagerung durchsetzenden und die Tasche 20
durchquerenden Beschränkungs- oder Schutzstange 24 versehen,
deren einander entgegengesetzte Endabschnitte in die gegen
überliegenden Seitenwände des elastischen Körpers 14, die
die axiale Abmessung der Tasche 20 bestimmen, eingebettet
und dadurch darin festgelegt sind. Diese Stange 24 wirkt da
hingehend, die genannten, einander gegenüberliegenden Seiten
wände des elastischen Körpers 14 gegen eine übermäßige Verfor
mung oder Verlagerung in der axialen Richtung der Motorlage
rung zu schützen.
Wie die Fig. 4 zeigt, weist die Zwischenhülse 16 einen axial
zwischenliegenden Abschnitt 26 mit einem gegenüber dem übri
gen Teil geringeren Durchmesser auf. Dieser zwischenliegende
Abschnitt 26 hat über eine Umfangslänge, die derjenigen des
Bogens des axialen Hohlraumes 18 entspricht, wie Fig. 1
zeigt, einen vertieften Teil 28, d. h., der vertiefte Teil
28 ist im Vergleich mit dem Rest des axial zwischenliegen
den Abschnitts 26 radial einwärts zurückgesetzt, so daß die
Bodenfläche des vertieften Teils 28 zusammen mit dem elasti
schen Körper 14 den axialen Hohlraum 18 begrenzt. Zwischen
den einander entgegengesetzten Enden des vertieften Teils
28 ist eine teilperiphere Kehle 30 ausgebildet, deren Boden
fläche von dem o. a. anderen Teil des zwischenliegenden Ab
schnitts 26 bestimmt wird. Der vertiefte Teil 28 und die
teilperiphere Kehle 30 bedecken somit den gesamten Umfang
der Zwischenhülse 16.
Die Zwischenhülse 16 der inneren, in Fig. 3 und 4 gezeigten
Baugruppe wird einem Ziehvorgang unterworfen, um den elasti
schen Körper 14, wie es erforderlich ist, radial einwärts
vorzukomprimieren. Dann wird in der Tasche 20 ein Anschlag
block 58 plaziert, und ein erstes sowie zweites, eine Dros
sel bestimmendes Bauteil 32 bzw. 34 werden in die teilperi
phere Kehle 30 eingesetzt, wie in Fig. 1 gezeigt ist. Das
erste und zweite, eine Drossel bestimmende Teil (Drosselteil)
32 und 34 sind im wesentlichen halbzylindrische Bauteile,
wie der Fig. 5 bzw. 8 zu entnehmen ist. Das erste Drossel
teil 32 deckt eine Hälfte des Umfangs der Zwischenhülse 16
auf der Seite des Fensters 22 ab, das zweite Drosselteil 34
deckt die andere Hälfte auf der Seite des vertieften Teils
28 ab. Dann wird die äußere Hülse 12 auf die Außenumfangsflä
chen der Drosselteile 32 sowie 34 und der Zwischenhülse 16
gesetzt sowie einem radial einwärts gerichteten Ziehvorgang
unterworfen. An der Innenumfangsfläche der äußeren Hülse 12
ist eine abdichtende Gummilage 56 ausgebildet, die für eine
Fluiddichtheit zwischen der Innenfläche der Außenhülse 12
und den Außenflächen der Drosselteile 32, 34 sowie der Zwi
schenhülse 16 sorgt.
Wenn die Außenhülse 12 an der inneren Baugruppe von Fig. 3
und 4 angebracht ist, dann sind die Tasche 20 und der vertief
te Teil 28 fluiddicht abgeschlossen, wodurch eine der Tasche
20 entsprechende Druckaufnahmekammer 36 und ein dem vertief
ten Teil 28 entsprechender umschlossener Raum (50, 52) inner
halb der Motorlagerung gebildet werden. Die Druckaufnahmekam
mer 36 wird mit einem geeigneten inkompressiblen Fluid ge
füllt. Bei Aufbringen einer Schwingungsbelastung zwischen
der Innenhülse sowie Außenhülse 10 und 12 wird der Druck des
Fluids in der Kammer 36 durch eine nachgiebige Verformung
des elastischen Körpers 14, die durch die Schwingungsbela
stung hervorgerufen wird, verändert. Wie bereits angedeutet
wurde, ist der eine geringere Abmessung als die Kammer 36
aufweisende Anschlagblock 58 bewegbar in dieser Kammer 36
aufgenommen, so daß die Innen- und Außenhülse 10, 12 gegen
eine relative radiale Verlagerung von übermäßiger Größe durch
deren Anstoßen an dem Anschlagblock 58 geschützt sind.
Wie die Fig. 5-7 zeigen, ist das erste Drosselteil 32, das
zum Abschließen der Tasche 22 angeordnet ist, mit einer in
der Außenfläche derart ausgebildeten spiral- oder mäanderför
migen Rinne 42 versehen, daß deren inneres Ende sich im we
sentlichen in der Mitte der Fläche befindet, während ihr
äußeres Ende an einer der entgegengesetzten Stirnseiten des
Drosselteils 36 - bei Betrachtung in der Umfangsrichtung der
Motorlagerung - angeordnet ist. Das innere Ende der mäander
förmigen Rinne 42 geht in eine die Wanddicke des ersten Dros
selteils 32 durchsetzende Verbindungsöffnung 40 ein.
Das zweite Drosselteil 34, das auf der Seite des vertieften
Teils 28 der Zwischenhülse 16 angeordnet ist, hat an den in
Umfangsrichtung entgegengesetzten Enden je einen Ausschnitt
44 und zwei rechteckige, zueinander beabstandete Fenster 46
zwischen den beiden Ausschnitten 44, wie die Fig. 8-10
zeigen. Dieses zweite Drosselteil 34 ist mit zwei elastisch
verformbaren oder flexiblen Membranen 48 versehen, die an
seiner Innenseite befestigt sind und die Fenster 48 fluid
dicht abschließen.
Durch das zweite Drosselteil 34, das zwischen der Zwischen
hülse 16 und der Außenhülse 12 angeordnet ist, wird der oben
erwähnte umschlossene Raum (50, 52) durch die flexiblen, am
Drosselteil 34 befestigten Membranen 48 in eine Ausgleichkam
mer 50 von veränderlichem Volumen zwischen der Zwischenhülse
16 sowie den Membranen 48 und zwei Luftkammern 52 zwischen
den Membranen 48 sowie der Außenhülse 12 unterteilt. Die Aus
gleichkammer 50 ist ebenfalls mit dem inkompressiblen Fluid
gefüllt. Die Verformung oder Verlagerung der Membranen 48
nimmt eine Änderung im Fluiddruck in der Ausgleichkammer 50
auf oder absorbiert eine solche Änderung, und die Luftkam
mern 52 ermöglichen den Membranen 48, sich zu verformen, wenn
der Fluiddruck in der Ausgleichkammer 50 einer Änderung unter
liegt. Aus dem Obigen wird deutlich, daß die Membranen 48
als eine Trennwand dienen, die den oben erwähnten umschlos
senen Raum in die Ausgleichkammer 50 und die Luftkammern 52
teilt.
Mit dem ersten, zwischen der Zwischenhülse 10 und der Außen
hülse 12 angeordneten Drosselteil 32 wird die mäander- oder
serpentinenförmige Rinne 42 durch die Außenhülse 12 abge
schlossen und mit der Ausgleichkammer 50 durch den einen
der Ausschnitte 44 des zweiten Drosselteils 34, der dem äuße
ren Ende der mäanderförmigen Rinne 42 benachbart ist, fluid
seitig in Verbindung gehalten. Das bedeutet, daß die Druck
aufnahmekammer 36 und die Ausgleichkammer 50 miteinander
durch einen Drosselkanal 54 in Verbindung sind, welcher der
art begrenzt ist, daß die mäanderförmige Rinne 42, die mit
der Öffnung 40 sowie dem Ausschnitt 44 verbunden ist, durch
die an der Außenhülse 12 befindliche Abdichtgummilage 56
fluiddicht abgeschlossen ist.
Bei Aufbringen einer Schwingungsbelastung zwischen der Innen-
sowie Außenhülse 10 und 12 wird das inkompressible Fluid zu
einem Fließen zwischen der Druckaufnahme- sowie Ausgleichkam
mer 36 und 50 durch den Drosselkanal 54 hindurch gezwungen,
was auf eine periodische Änderung im Druck in der Druckauf
nahmekammer 36 zurückzuführen ist, wodurch die Schwingung
auf der Grundlage einer Resonanz der durch den Drosselkanal
54 fließenden Fluidmasse gedämpft wird. Bei dem Erfindungs
gegenstand wird der Drosselkanal 54, der die mäanderförmige
Rinne 42 von relativ großer Länge aufweist, so abgestimmt,
daß die Resonanzfrequenz des durch den Kanal 54 fließenden
Fluids in der Nachbarschaft von 10 Hz liegt, was in einen
Bereich von relativ niederfrequenten Schwingungen, wie ein
Motorrütteln, fällt. Durch diese Anordnung hat die Motorla
gerung die Möglichkeit, eine wirksam verminderte dynamische
Federkonstante mit Bezug auf niederfrequente Vibrationen
hervorzubringen.
Das die Druckaufnahme- sowie Ausgleichkammer 36 und 50 fül
lende inkompressible Fluid kann Wasser, Alkylenglykol, Poly
alkylenglykol, Silikonöl oder eine Mischung hieraus sein.
Das Füllen der Kammern 36 und 50 mit dem inkompressiblen
Fluid kann durch Anbringen der Außenhülse 12 an der inneren
Baugruppe von Fig. 3 und 4 in einer Masse des ausgewählten in
kompressiblen Fluids innerhalb eines geeigneten Behälters
bewerkstelligt werden.
Die Motorlagerung mit dem oben beschriebenen Aufbau und der
skizzierten Arbeitsweise wird im Preßsitz in ein in einem
Tragarm oder einer Konsole 62 ausgebildetes Loch 60, wie in
Fig. 1 und 2 gezeigt ist, eingesetzt. Wenn die Motorlagerung
an einem Fahrzeug angebaut wird, so wird die Außenhülse 12
am Motorblock des Fahrzeugs über den Tragarm 62 befestigt,
während eine in die Innenhülse 10 eingesetzte Stange am Fahr
zeugaufbau fest angebracht wird.
Der Tragarm 62 weist zwei Gewindebohrungen 64 auf, die durch
diejenigen Teile der zylindrischen, das Loch 60 bestimmenden
Wand, welche auf die beiden Luftkammern 52 jeweils ausgerich
tet sind, hindurch ausgebildet sind. Diese Gewindebohrungen
64 stehen jeweils mit den Luftkammern 52 über zugeordnete
Durchlässe 66, die durch die Außenhülse 12 sowie die Gummi
lage 56 verlaufen, in Verbindung.
In jede Gewindebohrung 64 ist je ein Anschlußstutzen 68 einge
schraubt, der mit einer zugeordneten Luftleitung 70 jeweils
verbunden ist. Jede Gewindebohrung 64 hat einen gegenüber
dem Durchlaß 66 größeren Durchmesser, so daß ein rund um das
äußere offene Ende des Durchlasses 66 angeordneter O-Ring
72 in Druckanlage an der inneren Stirnfläche des Anschluß
stutzens 68 gehalten wird, wodurch eine Fluiddichtigkeit
zwischen der Außenfläche der Außenhülse 12 sowie dem Anschluß
stutzen 68 erhalten wird, um die fluiddichte Verbindung der
Luftkammer 52 mit der Luftleitung 70 zu gewährleisten.
Die mit den Luftkammern 52 über die Anschlußstutzen 68 ver
bundenen Luftleitungen 70 sind an eine als Unterdruckquelle
74 ausgebildete Druckluftquelle über eine als Umschaltventil
76 ausgebildete Schalteinrichtung angeschlossen. Das Umschalt
ventil 76 wird elektrisch so betätigt, daß es in ausgewähl
ter Weise in eine erste Position zur Verbindung der Luftkam
mern 52 mit der Atmosphäre und eine zweite Position zur Ver
bindung der Luftkammern 52 mit der Unterdruckquelle 74 ge
schaltet wird.
Wenn die Luftkammern 52 über das Umschaltventil 76 zur At
mosphäre hin offen sind, so ermöglichen sie den flexiblen
Membranen 48 eine freie Verformung und damit ein Absorbieren
einer Änderung im Fluiddruck in der Ausgleichkammer 50. In
diesem Fall bewirkt die eingetragene, zwischen der Innen-
sowie Außenhülse 10 und 12 aufgebrachte Schwingungsbelastung
ein Fließen des Fluids durch den Drosselkanal 54 auf Grund
des Druckunterschiedes zwischen der Druckaufnahme- sowie
Ausgleichkammer 36 und 50. Demzufolge bietet die Motorlage
rung eine ausreichend hohe Dämpfungswirkung mit Bezug auf
Schwingungen, die eine relativ niedrige Frequenz und eine
relativ große Amplitude haben.
Sind dagegen die Luftkammern 52 über die Luftleitungen 70
und das Umschaltventil 76 mit der Unterdruckquelle 74 verbun
den, so wird der Druck in jeder Luftkammer 52 unter den At
mosphärendruck abgesenkt, was zum Ergebnis hat, daß die Mem
bran 48 zum Durchlaß 66 hin gezogen wird, so daß folglich
der Druck in der Ausgleichkammer 50 abgesenkt wird. Unter
dieser Bedingung zeigt die Motorlagerung keinen ausreichend
hohen Effekt im Dämpfen oder Isolieren der eingetragenen
Schwingungsbelastung auf der Grundlage einer Resonanz der
durch den Drosselkanal 54 fließenden Fluidmasse, sie bringt
jedoch eine ausreichend weiche Federcharakteristik oder
-kennlinie hervor, d. h., die dynamische Federkonstante wird
verringert, wenn die Luftkammern 52 mit der Unterdruckquelle
74 verbunden sind. Es scheint, daß diese Herabsetzung in der
dynamischen Federkonstanten der Motorlagerung durch eine
Fluidabsorptionswirkung der Ausgleichkammer 50 und Verminde
rung im Fluidströmungswiderstand des Drosselkanals 54, die
auf die Druckabsenkung in der Ausgleichkammer 50 zurückzufüh
ren sind, hervorgerufen wird.
Die erfindungsgemäße Motorlagerung ist somit dazu ausgestal
tet, das Umschaltventil 76 in Abhängigkeit vom Fahr- oder
Laufzustand des Fahrzeugs so zu regeln, daß die Motorlagerung
unterschiedliche Betriebskennwerte hervorbringt, die für ein
wirksames Dämpfen oder Isolieren der eingetragenen Schwingun
gen geeignet sind. Insbesondere ist die Regulierung des Drucks
in den Luftkammern 52 durch das Umschaltventil 76 und die
Unterdruckquelle 74 wirksam, um den herkömmlicherweise auf
tretenden Anstieg in der dynamischen Federkonstanten, wenn
die Motorlagerung eine Schwingungsbelastung empfängt, deren
Frequenz höher ist als diejenigen Frequenzen der Schwingungen,
die auf der Grundlage der Resonanz der durch den Drosselka
nal 54 fließenden Fluidmasse ausreichend isoliert werden kön
nen, zu vermeiden. Beispielsweise wird das Umschaltventil
76 in die erste Position geschaltet, um die Luftkammern 52
der Atmosphäre auszusetzen, wenn die Motorlagerung nieder
frequente Schwingungen empfängt, wie ein Motorrütteln oder
-stoßen, und es wird in die zweite Position geschaltet, um
die Luftkammern 52 mit der Unterdruckquelle 74 zu verbinden,
wenn das Fahrzeug stillsteht und der Motor leerläuft. Durch
Regeln des Umschaltventils 76 in der o. a. Weise zeigt die
Motorlagerung nicht nur eine hohe Dämpfungs- oder Isolierwir
kung mit Bezug auf ein Motorrütteln oder -stoßen, sondern
auch eine niedrige dynamische Federkonstante, d. h. eine ausge
zeichnete Isoliercharakteristik mit Bezug auf Leerlaufschwin
gungen mit höheren Frequenzen.
Trotzdem ist die erfindungsgemäße Motorlagerung von ver
gleichsweise einfachem Aufbau, da die Druckregeleinrichtun
gen (64, 66, 68, 70, 72, 74, 76), die den Druck in den Luft
kammern 52 beeinflussen, um die zwei unterschiedlichen Be
triebscharakteristika zur Verfügung zu stellen, praktisch
außerhalb der Lagerung angeordnet sind, während im Vergleich
hierzu die herkömmliche Anordnung zum ausgewählten Öffnen
und Schließen des Drosselkanals in den Aufbau der Motorlage
rung eingegliedert ist. Insofern kann die erfindungsgemäße
Motorlagerung relativ klein bemessen und mit verminderten
Kosten gefertigt werden, was als wesentliche Vorteile für
die Motorlagerung gemäß der Erfindung herauszustellen ist.
Ferner kann die Fluiddichtigkeit zwischen den Luftkammern
52 sowie den Luftleitungen 70 allein durch Verbinden der
Anschlußstutzen 68 mit den Gewindebohrungen 64 der Konsole
62 gewährleistet werden, wobei die O-Ringe 72 durch die Außen
hülse 12 sowie die Anschlußstutzen 68 und zwischen diesen
Bauteilen zusammengequetscht werden. Somit sind die Abdicht
anordnung und -ausbildung für die Anschlußstutzen 68 sowie
der Vorgang zum Anbringen dieser Anschlußstutzen 68 äußerst
einfach.
Wenngleich die Erfindung anhand ihrer derzeit bevorzugten
Ausführungsform mit einem gewissen Grad an Genauigkeit, aber
lediglich zu Erläuterungszwecken beschrieben wurde, so ist
klar, daß sie nicht auf die Einzelheiten der dargestellten
und besprochenen Ausführungsform begrenzt ist.
Die jeweilige Anzahl der Druckaufnahme-, Ausgleich- und Luft
kammern 36, 50 bzw. 52 ist nicht auf diejenige der erläuter
ten Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise kann die Motor
lagerung zwei oder mehr Druckaufnahmekammern und/oder zwei
oder mehr Ausgleichkammern aufweisen. Ferner kann die Motorla
gerung mit einer einzigen Luftkammer oder drei oder mehr Luft
kammern unter der Voraussetzung versehen sein, daß jede Luft
kammer selektiv mit der Atmosphäre einerseits und dem vermin
derten Druck andererseits zu verbinden ist.
Der Ort der Luftkammern 52 ist nicht auf denjenigen der be
schriebenen Ausführungsform eingegrenzt. Beispielsweise kann
die Ausgleichskammer oder können die Ausgleichskammern zwi
schen der (den) Membran(en) und der Außenhülse 12 gebildet
sein, während die Luftkammer(n) zwischen der Membran oder
den Membranen und der Zwischenhülse 16 angeordnet sein kann
bzw. können.
Die Konstruktion und Ausgestaltung des Drosselkanals 54 kann
in geeigneter Weise entsprechend den geforderten Schwingungs
dämpfungs oder -isolierkennwerten abgewandelt werden.
Obgleich bei der erläuterten Ausführungsform zur Befestigung
der Tragarm bzw. die Konsole 62 vorgesehen ist, kann ein sol
ches Bauteil entfallen, wobei dann die Luftleitungen 70 un
mittelbar mit der Außenhülse 12 oder der Zwischenhülse 16
verbunden werden.
Durch die Erfindung wird somit eine elastische Lagerung mit
einer Fluidfüllung offenbart, die eine innere sowie äußere
Hülse, einen zwischen diese beiden Hülsen eingesetzten und
wenigstens teilweise eine Druckaufnahmekammer begrenzenden
elastischen Körper, wobei die Druckaufnahmekammer mit einem
Fluid gefüllt ist, so daß ein Druck in der Druckaufnahmekam
mer sich auf Grund einer elastischen Verformung des elasti
schen Körpers ändert, eine mit dem Fluid gefüllte Ausgleich
kammer und einen Drosselkanal, der eine Fluidverbindung zwi
schen der Druckaufnahme- sowie der Ausgleichkammer herstellt,
umfaßt. Zwischen der inneren sowie äußeren Hülse ist ein um
schlossener Raum derart ausgebildet, daß er in Umfangsrich
tung von der Druckaufnahmekammer beabstandet ist, und es ist
eine flexible Trennwand vorhanden, um den umschlossenen Raum
in die Ausgleichkammer sowie eine Luftkammer zu unterteilen,
so daß sich die Trennwand elastisch verformen kann, um eine
Änderung im Druck in der Ausgleichkammer zu absorbieren.
Eine Druckregeleinrichtung ist vorgesehen, um einen Druck
in der Luftkammer zu ändern.
Wenngleich die erläuterte Ausführungsform gemäß der Erfin
dung als eine Motorlagerung oder -aufhängung bei einem Kraft
fahrzeug verwendet wird, so ist das Prinzip der Erfindung
in gleicher Weise auf irgendwelche andere elastische Lagerun
gen mit einer Fluidfüllung außer Motorlagerungen anwendbar,
z. B. auf eine Lagerung eines Differentialgetriebes sowie eine
Aufhängemuffe für Kraftfahrzeuge, und das Prinzip ist auch
auf fluidgefüllte Schwingungsdämpfungs-/-isolierelemente,
wie zylindrische Dämpfer, die für verschiedene Vorrichtun
gen, zum Einsatz kommen, oder für andere Ausrüstungsgegen
stände außer für Fahrzeuge anwendbar.
Es ist klar, daß die offenbarte Erfindung mit verschiedenen
weiteren Abwandlungen und Abänderungen, die dem Fachmann bei
Kenntnis der vermittelten Lehre nahegelegt sein können, ver
wirklicht werden kann, ohne jedoch den Rahmen der Erfindung
zu verlassen.
Claims (8)
1. Elastische Lagerung mit einer Fluidfüllung zur flexiblen
Verbindung von zwei Bauteilen, die umfaßt: (a) eine inne
re sowie äußere Hülse (10, 12), die in einer radialen
Richtung voneinander beabstandet sind und an denen je eines
der beiden Bauteile befestigt ist, (b) einen zwischen die
innere sowie äußere Hülse eingesetzten, diese Hülsen nach
giebig verbindenden elastischen Körper (14), der wenig
stens teilweise eine zwischen der inneren sowie äußeren
Hülse angeordnete Druckaufnahmekammer (36) begrenzt, wel
che mit einem inkompressiblen Fluid gefüllt ist, so daß
ein Druck des Fluids in der Druckaufnahmekammer sich bei
Aufbringen einer Schwingungsbelastung zwischen der inneren
sowie äußeren Hülse auf Grund einer elastischen Verfor
mung des elastischen Körpers ändert, und (c) Einrichtun
gen, die eine mit dem inkompressiblen Fluid gefüllte Aus
gleichkammer (50) von veränderlichem Volumen sowie einen
Drosselkanal (54) für eine Fluidverbindung zwischen der
Druckaufnahme- und der Ausgleichkammer, um ein Strömen
des Fluids zwischen diesen Kammern zu ermöglichen, ab
grenzen, dadurch gekennzeichnet,
- - daß zwischen der inneren sowie äußeren Hülse (10, 12) mit Abstand von der Druckaufnahmekammer (36) in einer Umfangsrichtung der inneren sowie äußeren Hülse ein um schlossener Raum (50, 52) ausgebildet ist,
- - daß eine ein flexibles Teil aufweisende Trennwand (48) den umschlossenen Raum in die Ausgleichkammer (50) mit veränderlichem Volumen und eine Luftkammer (52) unter teilt, wobei das flexible Teil der Trennwand die Möglich keit zu einer elastischen Verformung hat, um eine Ände rung im Druck des Fluids innerhalb der Ausgleichkammer zu absorbieren, und
- - daß Druckregeleinrichtungen (68, 70, 74, 76) zur Ände rung eines Drucks in der Luftkammer (52) vorhanden sind.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Druckregeleinrichtungen eine Unterdruckquelle (74),
die einen verminderten, gegenüber dem Atmosphärendruck
geringeren Druck erzeugt, und ein Umschaltelement (76),
das mit der Unterdruckquelle in Verbindung steht sowie
zwischen einer ersten Position zur Verbindung der Luftkam
mer (52) mit einer den Atmosphärendruck aufweisenden Umge
bung und einer zweiten Position zur Verbindung mit der
Quelle von vermindertem Druck umschaltbar ist, umfassen.
3. Lagerung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch
einen Tragarm (62), in welchem die äußere Hülse (12) fest
aufgenommen ist, und durch einen mit der Luftkammer (52)
in Verbindung stehenden, in der äußeren Hülse ausgebilde
ten Durchlaß (66), wobei im Tragarm eine Öffnung ausgebil
det ist, die mit dem Durchlaß in der äußeren Hülse in Ver
bindung steht, und die Druckregeleinrichtungen eine Luft
leitung (70) enthalten, welche mit der Öffnung im Tragarm
zur Änderung des Drucks in der Luftkammer (52) verbunden
ist.
4. Lagerung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
die Luftleitung (70) mit der Öffnung im Tragarm (62) über
einen in diese eingeschraubten Anschlußstutzen (68) ver
bunden ist.
5. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Luftkammer (52) aus zwei voneinander
unabhängigen Abteilen besteht und die Druckregeleinrich
tungen (70, 74, 76) mit beiden Abteilen verbunden sind.
6. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Drosselkanal (54) von der äußeren Hülse
(12) und einem eine Drossel bestimmenden Bauteil (32, 34),
das radial einwärts von der äußeren Hülse und in Berührung
mit dieser angeordnet ist, begrenzt ist, wobei das eine
Drossel bestimmende Bauteil mit der Trennwand (48) der
art versehen ist, daß diese sich in den umschlossenen
Raum (50, 52) erstreckt und mit dem die Drossel bestim
menden Bauteil zusammen die Luftkammer (52) abgrenzt.
7. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet
durch eine zwischen dem elastischen Körper (14) und der
äußeren Hülse (12) angeordnete Zwischenhülse (16), die
mit einem vertieften Teil (28) versehen ist, das zusam
men mit der äußeren Hülse den umschlossenen Raum (50, 52)
begrenzt.
8. Lagerung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß der vertiefte Teil (28) und die Trennwand
(48) zusammen die Ausgleichkammer (50) abgrenzen.
Applications Claiming Priority (1)
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