DE4306585A1

DE4306585A1 - Luftfeder mit einem Luftfederbalg aus elastischem Werkstoff mit eingebetteten Verstärkungseinlagen

Info

Publication number: DE4306585A1
Application number: DE19934306585
Authority: DE
Inventors: Eckhard Dr Ing Schneider; Olaf Dr Ing Kluth; Gerd Maltz
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental AG
Priority date: 1993-03-03
Filing date: 1993-03-03
Publication date: 1994-09-08

Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfeder mit einem Luftfederbalg aus elastischem Werkstoff mit eingebetteten Verstärkungseinlagen, zur Lagerung von körperschall abgebenden Maschinen, Antriebsaggregaten und Anlagen und von Anlagen, die durch Körperschallübertragung anregbar sind.

Elastische Bauteile dienen zur Schwingungsisolierung, Stoßabsorption und Körperschalldämmung. Für die Schwingungsisolierung sind Luftfedern aufgrund der niedrigen Steifigkeit und der niedrigen Dämpfung hervorragend geeignet. Auch die Körperschalldämmung bei Einsatz von Luftfedern ist sehr gut, da die Lastaufnahme überwiegend von der tragenden Luftsäule übernommen wird. Der Elastomerkörper dient nur als Umhüllung der Druckluftsäule.

Die Verhinderung der Ausbreitung von Körperschall ist von zunehmendem Interesse, weil Lärmbelästigungen vermieden werden sollen. Beispielsweise im Schiffbau werden Maßnahmen ergriffen, um die Schallausbreitung in den Fahrgastbereich zu minimieren. Vielzylindrige Schiffsmotore haben ein breites Erregerfrequenzspektrum, das zu Eigenschwingungen der elastischen Lagerelemente führt.

Es wurde festgestellt, daß bei Schiffsmotoren der Bereich der Erregerfrequenzen von ungefähr 200 bis 600 Hz wichtig ist. Bei den elastischen Lagerelementen wurde beobachtet, daß in diesem technisch interessierenden Bereich ein Ansteigen der dynamischen Federsteifigkeit auftritt. Das führt zur Minderung des Wirkungsgrades der Körperschalldämmerung in bestimmten, engen Frequenzbereichen. Dieses wird darauf zurückgeführt, daß die Lagerelemente als Kontinuumschwinger wirken mit ausgeprägten Eigenschwingungsformen und zugehörigen Eigenfrequenzen, durch die die Körperschalldämmung beeinträchtigt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Luftfeder der eingangs geschilderten Art zu schaffen, die in dem jeweiligen industriell interessanten Frequenzbereich frei von Überhöhungen der dynamischen Federsteifigkeit ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Luftfederbalg umfangsmäßig mit mindestens einer schwingungsbeeinflussenden Sperrmasse versehen ist, daß die gesamte Sperrmasse mindestens dem Zweifachen der Masse der schwingungsfähigen Balgwand entspricht und daß die Sperrmasse in Abstand zu den Einspannstellen angeordnet ist.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Luftfeder im besonders interessierenden Frequenzbereich keine Erhöhungen der dynamischen Federsteifigkeit aufweist. Die dynamische Federsteifigkeit bleibt in diesem Bereich nahezu konstant, ohne Ausbildung von nachteiligen Steifigkeitsspitzen, was eine gute Körperschalldämmung bedeutet.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Sperrmasse konzentriert auf maximal einem Viertel der schwingungsfähigen Balgwandlänge angeordnet. Dadurch wird eine kompakte Sperrmasse erzielt, die selbst keine Körperschallschwingungen aufweist.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Sperrmasse mittig im gleichen Abstand zu den Einspannstellen angeordnet. Dadurch wird eine niedrige Gesamtsteifigkeit der Luftfeder erreicht.

Besteht die Sperrmasse aus zwei oder mehreren Einzelmassen, sind diese vorzugsweise mit gleichbleibenden Abständen unter gleicher Teilung über die schwingungsfähige Balgwand axial anzuordnen.

In vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist die Sperrmasse ringartig ausgebildet. Hierdurch wird die umfangsmäßige Anordnung der Sperrmasse mit geringem Aufwand möglich. Die Sperrmasse kann in die Balgwand des Luftfederbalges einvulkanisiert sein oder durch mechanische Befestigungen innen oder außen am Umfang des Luftfederbalges angebracht werden.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die Sperrmasse auf der Balgwand gleichmäßig in Relation der Steifigkeitsverteilung der Balgwandlänge angeordnet.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Sperrmasse werden in den Unteransprüchen 6 bis 9 gekennzeichnet.

Die Erfindung betrifft auch einen Einfaltenbalg für eine Luftfeder zur Lagerung von körperschallabgebenden Maschinen, Antriebsaggregaten und Anlagen und von Anlagen, die durch Körperschallübertragung anregbar sind. Dieser Einfaltenbalg ist dadurch gekennzeichnet, daß er umfangsmäßig mit einer schwingungsbeeinflussenden Sperrmasse versehen ist, die mindestens dem Zweifachen der Masse der schwingungsfähigen Balgwand entspricht und daß die Sperrmasse in Abstand zu den Einspannstellen angeordnet ist.

Der Einfaltenbalg hat eine gute Seitensteifigkeit, eine geringe Bauhöhe und eine niedrige Eigenfrequenz.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Einfaltenbalges ist die Sperrmasse in der Höhenmitte des Luftfederbalges angeordnet.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des Einfaltenbalges ist die Sperrmasse konzentriert auf maximal einem Viertel der schwingungsfähigen Balgwandlänge angeordnet.

Durch die Erfindung wird ein unter Druck stehender Luftfederbalg, der wie eine gespannte Membran wirkt und im Körperschallbereich Eigenschwingungen besitzt, durch die Anordnung der Sperrmasse in günstiger Weise in seinem Schwingungsverhalten beeinflußt.

Anhand der Zeichnung werden nachstehend einige Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Einfaltenbalg mit angeschraubter Sperrmasse,

Fig. 2 den Verlauf der dynamischen Federsteifigkeit eines Einfaltenbalges ohne Sperrmasse über der Frequenz,

Fig. 3 den Verlauf der dynamischen Federsteifigkeit für einen Einfaltenbalg mit Sperrmasse,

Fig. 4 bis 12 verschiedene Ausführungsformen der Anbringung der Sperrmasse an dem Luftfederbalg.

Der in Fig. 1 gezeigte Einfaltenbalg 11 weist an seinen Enden je einen Befestigungswulst 12 auf, der jeweils mit einer Anschlußplatte 13 bzw. 14 dicht verbunden werden kann. Die Anschlußplatten 13, 14 werden an den gegenseitig abzufedernden Bauteilen befestigt. Der Einfaltenbalg 11 trägt auf seinem Außenumfang eine durch Schrauben 15 befestigte Sperrmasse 16. Die Schrauben 15 durchdringen die Balgwand und sind außen mit Muttern 17 gesichert.

In Fig. 2 wird ein Kurvenverlauf für einen mit einem Druck von 2 bar beaufschlagten Einfaltenbalg ohne Sperrmasse gezeigt. Dabei wird deutlich, daß im Bereich um 300 Hz und bei 600 Hz ein steiler Anstieg der dynamischen Federsteifigkeit erfolgt, die eine Verminderung der Schallisolierung nach sich zieht. In diesen beiden Frequenzbereichen wird die Schallisolierung extrem nachteilig beeinträchtigt, da es sich um die Resonanzstellen handelt.

Wird der Einfaltenbalg 11 gemäß Fig. 1 mit einem Druck von 2 bar beaufschlagt und verschiedenen Erregerfrequenzen ausgesetzt, so zeigt Fig. 3 den Verlauf der dynamischen Federsteifigkeit in Abhängigkeit der Frequenz. Der erste dynamische Einbruch in der Schwingungsisolierung dieser Luftfeder liegt im Bereich von etwa 100 Hz. Der für eine Schiffsmotorenlagerung wichtige Bereich von 200 bis 600 Hz bleibt frei von Federsteifigkeitsanstiegen, so daß die Schallisolierung über diesen Bereich gut ist.

Weitere mögliche Anbringungen der Sperrmasse sind in den Fig. 4 bis 9 dargestellt.

Die Sperrmasse wird gemäß der Ausbildung in Fig. 4 als in die Balgwand des Einfaltenbalges 11 integrierter Metallring 21 dargestellt. In Fig. 5 ist gezeigt, daß die ringförmige Sperrmasse als im Querschnitt gesehen H- förmiges Metallteil 22 ausgebildet ist, in dem die beiden benachbarten Enden 23, 24 des durchgetrennten Einfaltenbalges 11′ befestigt sind. Auch in Fig. 6 wird ein aufgetrennter Einfaltenbalg 11′ gezeigt, dessen aufgetrennte Enden 23, 24 mit einem keilförmigen Metallteil 25 zusammenvulkanisiert sind.

Die Enden 23, 24 des aufgetrennten Luftfederbalges 11′ gemäß Fig. 7 werden durch ein außen umlaufendes Metallteil 26 eingebördelt gehalten.

Fig. 8 zeigt einen ungefähr in seiner Höhenmitte geteilten Luftfederbalg 11′, dessen benachbarte Enden 23, 24 an einem umlaufenden, im Querschnitt gesehen rechteckigen Metallring 27 verschraubt sind.

Eine andere Art der Verschraubung der aufgetrennten Enden 23, 24 des Luftfederbalges 11′ zeigt Fig. 9. Je ein Außen- und ein Innenring 28 bzw. 29 decken die Trennstelle 30 ab. Die Metallringe 28, 29 sind gegeneinander unter Zwischenklemmung der Balgwand miteinander verschraubt.

In Fig. 10 wird die Sperrmasse durch eine die Balgwand durchdringende Schraube am Außenumfang fest angeschraubt.

Diese Ausbildung entspricht der Anbringung der Sperrmasse in der Darstellung der Fig. 1.

Die Ausführungsbeispiele gemäß der Fig. 11 und 12 dienen zur Veranschaulichung weiterer Befestigungsmöglichkeiten der Sperrmasse bei durchgehender Balgwand. Die Balgwand 11 trägt gemäß Fig. 11 zwei angeformte Haltewulste 31, die von oben und unten in Haltenuten eines Metallringes 32 greifen. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 12 trägt die Balgwand außen angeformte Haltestifte 33, auf die die Sperrmasse, d. h. ein entsprechend gebohrter Metallring 34 aufgesteckt ist.

Claims

1. Luftfeder mit einem Luftfederbalg aus elastischem Werkstoff mit eingebetteten Verstärkungseinlagen, zur Lagerung von körperschallabgebenden Maschinen, Antriebsaggregaten und Anlagen und von Anlagen, die durch Körperschallübertragung anregbar sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Luftfederbalg (11; 11′) umfangsmäßig mit mindestens einer schwingungsbeeinflussenden Sperrmasse (16) versehen ist,
daß die gesamte Sperrmasse (16) mindestens dem Zweifachen der Masse der schwingungsfähigen Balgwand entspricht,
daß die Sperrmasse (16) in Abstand zu den Einspannstellen (12, 13; 12, 14) angeordnet ist.

2. Luftfeder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (16) konzentriert auf maximal einem Viertel der schwingungsfähigen Balgwandlänge angeordnet ist.

3. Luftfeder nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (16) mittig im gleichen Abstand zu den Einspannstellen (12, 13; 12, 14) angeordnet ist.

4. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (16) ringartig ausgebildet ist.

5. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (16) auf der Balgwand gleichmäßig in Relation der Steifigkeitsverteilung der Balgwandlänge angeordnet ist.

6. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (21) in der Balgwand des Luftfederbalges (11) integriert ist.

7. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftfederbalg (11′) im Bereich seiner Höhenmitte (30) aufgetrennt ist und die beiden so entstandenen benachbarten Enden mit der umfangsmäßig verlaufenden Sperrmasse (22; 26; 27; 28) dicht verbunden sind.

8. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (16) am Außenumfang des Luftfederbalges (11) durch die Balgwand durchdringende Schrauben (15) befestigt ist.

9. Luftfeder nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (32; 34) durch Balgwandausformungen gehalten ist.

10. Einfaltenbalg für eine Luftfeder zur Lagerung von körperschallabgebenden Maschinen, Antriebsaggregaten und Anlagen und von Anlagen, die durch Körperschall übertragung anregbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfaltenbalg (11) umfangsmäßig mit einer schwingungsbeeinflussenden Sperrmasse (16) versehen ist, die mindestens dem Zweifachen der Masse der schwingungsfähigen Balgwand entspricht und daß die Sperrmasse (16) in Abstand zu den Einspannstellen (12, 13; 12, 14) angeordnet ist.

11. Einfaltenbalg nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (16; 28) in der Höhenmitte des Luftfederbalges (11; 11′) angeordnet ist.

12. Einfaltenbalg nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmasse (16) konzentriert auf maximal einem Viertel der schwingungsfähigen Balgwandlänge angeordnet ist.