DE68902855T2 - Passiver schwingungsdaempfer, insbesondere fuer die verbindung eines motors an einem fahrzeug. - Google Patents

Passiver schwingungsdaempfer, insbesondere fuer die verbindung eines motors an einem fahrzeug.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen passiven Schwingungsdämpfer, der insbesondere geeignet ist, als Verbindungselement zwischen einer Fahrzeugkarosserie und der Antriebseinheit angebracht zu werden, um zu vermeiden, daß vom Motor erzeugte Schwingungen auf die Fahrzeugkarosserie übertragen werden. Bei Automobilen mit Hochleistungsmotoren, wie großen Tourenautomobilen, ist der Motor nicht nur am Boden, sondern auch an anderen Punkten wie etwa am oberen Querträger an der Fahrzeugkarosserie befestigt. Da der Motor bei Benutzung stark schwingt, d.h. kleine schnelle Zufallsbewegungen relativ zur Fahrzeugkarosserie ausfiihrt, ist es nötig, zur Verbindung des Motors mit der Karosserie Vorrichtungen zu verwenden, die einerseits ermöglichen, daß diese Bewegungen stattfinden, so daß auf die Karosserie keine Belastungen übertragen werden, und andererseits Schwingungen schnell dampfen können, so daß das Auslosen von möglichen Resonanzeffekten vermieden wird und/oder ihre Übertragung auf die Fahrzeugkarosserie verhindert oder reduziert werden, da die Übertragung den Komfort der Fahrzeugbenutzer beeinträchtigen wurde.
  • Daher verwenden bekannte Fahrzeuge passive Vorrichtungen, die aus Hängelagern bestehen, die mit Elastomerauflagerungen versehen sind; die mit solchen Vorrichtungen erreichbaren Ergebnisse sind jedoch nicht völlig befriedigend. Obwohl sie die Übertragung von Belastungen zur Fahrzeugkarosserie und das Auslösen von Resonanzeffekten begrenzen, bleibt die Schwingungsübertragung zur Fahrzeugkarosserie zu hoch, um echten Komfort für den Benutzer zu gewährleisten, obwohl die übertragenen Schwingungen bezüglich Amplitude und Frequenz gedampft sind.
  • Aus FR-A-2 349 767 ist ein passiver Dampfer bekannt, der die Funktionen eines Stoßdämpfers und einer Gasfeder erfüllt, der einen mit unter Druck stehendem Gas gefüllten Zylinder aufweist, in dem sich ein mit durchgehenden axialen Lochern vorgesehener Kolben bewegt. Ein solches System ist jedoch für den oben angegebenen Zweck nicht effizient, da es nur eine geringe Schwingungsdampfungskapazität aufweist.
  • Aus EP-A-160 277 ist ebenfalls ein aktiver Dampfer bekannt, bei dem eine unter Druck stehenden Flüssigkeit in einen Zylinder eingeführt wird, in dem sich ein Kolben bewegt.
  • Dieses System ist wirksamer als das der FR-A- 2 349 767, hängt jedoch von der an Bord des Fahrzeugs erzeugten Energie ab.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Dampfervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die zwei mechanische Bauelemente so miteinander verbinden kann, daß sie Relativbewegungen ausführen können, die eine hohe Schwingungsdämpfungskapazität aufweist und die einen Motor mit einer Fahrzeugkarosserie so verbinden kann, so daß ein beträchtlicher Komfort für die Fahrzeugbenutzer gewahrleistet ist.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine passive Dampfervorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die benötigte Dämpfung allein durch ihren eigenen Aufbau bewirkt und nicht von der Absorption der an Bord des Fahrzeuges erzeugten Energie abhängt.
  • Dieses Ziel wird erfindungsgemäß durch einen passiven Schwingungsdämpfer zur mechanischen Verbindung zweier Bauteile, zwischen denen die Möglichkeit einer Relativbewegung besteht, und wie er in Anspruch 1 angegeben ist, erreicht.
  • Die Erfindung wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigt bzw. zeigen
  • Fig. 1 eine Diagrammansicht eines Fahrzeugs, welches mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Dämpfer versehen ist;
  • Fig. 2 eine seitliche Schnittansicht in Längsrichtung eines erfindungsgemäßen Dämpfers;
  • Fig. 3 eine Vorderansicht eines Details des Dämpfers aus Fig. 2;
  • Fig. 4 und Fig. 5 zwei verschiedene Arbeitsstellungen des Dämpfers aus Fig. 2.
  • In den Fig. 1 bis 3 stellt die Bezugsziffer 1 ein Fahrzeug, in diesem Fall ein Automobil, dar, welches eine an sich bekannte Karosserie 2 und einen Motor 3 aufweist, die durch einen oder mehrere passive Dämpfer 3a so miteinander verbunden sind, daß sie kleine Relativbewegungen ausführen konnen. In diesem bestimmten Fall sind sie durch zwei Dämpfer 3a miteinander verbunden, welche den Motor 3 an der vorderen Oberseite der Karosserie 2 befestigen. In Fig. 2 ist der Dämpfer 3a im Schnitt in seiner Ruheposition gezeigt, wahrend in den Fig. 4 und 5 der gleiche Dämpfer in zwei entgegengesetzten Arbeitsstellungen gezeigt ist. Unter Bezugnahme auf diese letzteren Figuren weist der Dämpfer 3a ein erstes Element auf, welches auf bekannte Weise durch einen Ring 5 starr mit der Fahrzeugkarosserie 2 verbunden ist, wobei das Element 4 aus einem Hohlzylinder besteht, der zumindest teilweise fluiddicht abgeschlossen und mit einem gasförmigen Fluid wie Luft gefüllt ist. Er weist ein becherförmiges zylindrisches Bauteil 6, das mit einem Öffnungsende 7, einer von der Öffnung 7 entfernten Endwand 8 und einem rohrförmigen Endbereich 9, welcher nach außen und axial von der Wand 8 vorragt, auf. Der Dämpfer 3a weist ferner ein zweites Bauteil 10 zur starren Befestigung an den Motor 3 in bekannter Weise, wie durch eine Gabel 11 auf, und besteht aus einem Kolben 12, der gleitfahig in einer fluiddichten Weise im Zylinder 4 untergebracht ist, und einem Stab 13, der gleitfähig in einer fluiddichten Weise im Zylinder 4 angebracht ist und vorzugsweise einteilig mit dem Kolben 12 ausgebildet ist, wobei er diesen in seiner Mitte starr haltert. Ein Ende 14 des Stabes 13 ist so geführt, daß es im rohrförmigen Bereich 9 gleitet, während das gegenüberliegende symmetrische Ende 15 durch die Öffnung 7 hervorragt und durch einen an sich bekannten Schraubeneinstellmechanismus 16 starr mit der Gabel 11 verbunden ist. Die Öffnung 7, die in einer möglichen Ausführungsform der Erfindung, welche aus Gründen der Einfachheit nicht gezeigt ist, auf fluiddichte Weise durch eine starr mit dem Zylinder 4 verbundene einfache, feste Abdeckung geschlossen werden kann, wird in der nicht beschränkenden, dargestellten Ausführungsform der Erfindung durch ein ringförmiges Bauteil oder Block 18 geschlossen, welcher gleitend vom Stab 13 durchsetzt und so angeordnet, daß er auf fluiddichte Weise axial im becherförmigen Bauteil 6, an dessen von der Wand 8 entfernt liegendem Ende gleiten kann. Ein Schutzfaltenbalg 20 ist so angeordnet, daß er den Stab 13 schützt und/oder eine teilweise oder vollständige Abdichtung zwischen diesem und dem Block 18 bewirkt. Der Block 18 wird am Bauteil 6 durch einen Spaltring 21, welcher knapp innerhalb der Öffnung 7 angebracht ist, um als Stopperschulter zu wirken und gegen den der Block 18 zum Stillstand kommt, starr gehaltert.
  • Der Kolben 12 greift gleitend in die innere Zylinderoberfläche 22 des Bauteils 6 ein, und teilt das Innere in zwei Kammern 24 und 25, deren Volumen entsprechend der Axialposition des Kolbens 12 im Zylinder 4 variiert, insofern als die Kammern 24 und 25 auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens 12 angeordnet sind, wobei die Kammer 24 in axialer Langsrichtung zwischen dem Kolben 12 und dem Ende 24, und die Kammer 25 zwischen dem Kolben 12 und dem Block 18 ausgebildet ist. Wenn der Kolben 12 sich in Richtung auf die Wand 8 bewegt, verringert sich das Volumen der Kammer 24, die zentral und axial über ihre gesamte Länge vom Ende 14 des Stabes 13 durchquert wird, während das Volumen der Kammer 25 sich um einen gleichen Betrag vergrößert, da es auch zentral und axial vom Stab 13 durchquert wird und daher einen Durchmesser identischer Größe zu dem der Kammer 24 aufweist. Bewegt sich der Kolben 12 dagegen in Richtung der Öffnung 7, vermindert sich das Volumen der Kammer 25, wahrend sich das der Kammer 24 um einen gleichen Betrag erhöht, da die Variation der axialen Position des Kolbens 12 eine gleiche Variation in der axialen Lange beider Kammern 24 und 25 bewirkt, welche dann eine Volumenvariation gleichen Betrags aber entgegengesetzten Vorzeichens erzeugt.
  • Der Kolben 12 ist erfindungsgemäß mit einer Anzahl axialer Durchbohrungen 30 vorgesehen, die an verschiedenen radialen Positionen (Fig. 3) angeordnet sind, und die die Kammern 24 und 25 miteinander verbinden. Insbesondere sind die Bohrungen 30 von kleinem Durchmesser, so daß sie dem Durchgang eines gasförmigen Fluids einen spürbaren Widerstand entgegensetzen, d.h. sie können einen sehr hohen Druckabfall eines gasförmigen Fluids beim Durchgang zwischen den Kammern 24 und 25 bewirken. Die Bohrungen 30 münden in die jeweiligen gegenüberliegenden Frontseiten 31 und 32 des Kolbens 12, und sind bei einem konstanten Umfangsabstand entlang verschiedener Durchmesserkreise, oder alternativ dazu wie in Fig. 3 gezeigt, entlang eines spiralförmigen linearen Wegs, angeordnet. Erfindungsgemäß weisen die Kammern 24 und 25 jeweils mindestens ein verformbares Abdichtungselement 35 auf, welche durch Eindrücken in die Kammern eingebracht wird, und das mit dem Kolben 12 zusammenwirkt, um den radial äußeren Teil der Kammern, welcher den Bohrungen 30 gegenüberliegt und zwischen der Oberfläche 22, den Flaschen 31 und 32 des Kolbens und den Elementen 35 selbst liegt, nach außen in einer fluiddichten Weise zu isolieren, so daß entsprechend der axialen Position des Kolbens 12 die Bohrungen 30 fortschreitend geschlossen werden. Insbesondere weist jede Kammer 24 und 25 innen koaxial zum Kolben 12 ein entsprechendes ringformiges, z. B. aus hitzebeständigem Gummi hergestelltes Elastomerelement 35, auf das gegen ein Bauteil zum Stoppen der Bewegung, welches gegenüber dem Kolben 12 angeordnet und in Kammer 24 durch die Wand 8, und in Kammer 25 durch den Ring 21 gebildet wird, gelagert ist, wobei gegen diesen Ring das entsprechende Element 35 mittels des Blocks 18 anliegt. Jedes Element 35 ist mit einer verformbaren ringförmigen Vorderschnauze 36 versehen, die als gekrümmter Armel ausgebildet ist, welcher sich in Richtung seines freien Endes verjüngt, und der insgesamt faßförmig ausgebildet ist, und der axial in Richtung des Kolbens vorsteht, um durch Kontakt mit einer jeweiligen Frontfläche 31 oder 32 desselben zusammen zu wirken, wobei jede Schnauze 36 gegen diese Frontflachen vorzugsweise mit einem vorbestimmten gleichen Druck drückt, wenn sich der Kolben 12 in seiner Ruheposition (Fig. 2), d.h. im wesentlichen in der Mitte des zylindrischen Bauteils 6 befindet, wobei die Schnauzen so ausgebildet sind, daß sie im nicht verformten Zustand von gleicher axialer Länge sind, wobei diese Lange größer als die maximal erreichbare Länge jeder Kammer 24 und 25 während der Bewegung des Kolbens 12 ist.
  • Während des Betriebes sind die Elemente 35 auf dem Stab 13 angebracht und werden zusammen mit diesem in den Zylinder 4 eingeführt und unter einem vorbestimmten Druck durch Einführung und Verriegeln des Blocks 18 zum Schließen der Öffnung 7, wodurch die Schnauzen 36 elastisch verformt werden, angezogen. Die Schnauzen 36 liegen dann mit vorbestimmtem gleichem Druck gegen den Kolben 12 in einer Position an, die radial innerhalb der innersten der Bohrungen 30 liegt, um den Kolben in der in Fig. 2 gezeigten Stellung zu halten. Bezugnehmend auf Fig. 4 und 5 bewegt sich der Kolben 12, wenn die vom Motor verursachten Schwingungen bewirken, daß die Gabel 11 sich in Pfeilrichtung (Fig. 4) bewegt, der in Richtung der Wand 8, wodurch das Volumen der Kammer 24 vermindert und das der Kammer 25 vergroßert wird. Die Luft oder das andere gasförmige Fluid im Bereich der Kammer 24, der unter fluiddichten Bedingungen durch das jeweilige Element 35 isoliert wird, wird daher komprimiert, und sobald der Druck ausreicht, um den Druckabfall durch die Bohrungen 30 zu überwinden, beginnt es in die Kammer 25 zu fließen, um die Volumenzunahme zu kompensieren. Diese Unterdrucksetzung der Luft in Kammer 24 bewirkt jedoch einen Stoß auf den Kolben 12, welcher dazu neigt, seiner Bewegung in Richtung der Wand 8 entgegenzuwirken, so daß der Kolben 12 zuerst gebremst wird, bis er anhält, wonach seine Bewegung umgekehrt wird. Die Wirkung des Luftdrucks in der Kammer 24 wird durch den elastischen Stoß der in dieser Kammer angeordneten Dichtung 35 erhöht. Diesbezüglich wird die Dichtung durch die Bewegung des Kolbens 12 gegen die Wand 8 gedrückt, und wird daher elastisch deformiert und übt in der Art einer Feder einen elastischen Widerstand aus, der eine Funktion ihrer eigenen Elastizitätskonstante ist, und je großer ist, desto mehr sie zusammengedrückt wird, d.h. je weiter der Kolben 12 sich der Wand 8 nähert. Schließlich wird die durch die Unterdrucksetzung der Luft in der Kammer 24 resultierende Kraft, die durch die Bewegung des Kolbens 12 bewirkt wird, dadurch unterstützt, daß die Schnauzen 36 gekrümmt sind, wobei die Schnauze 36 des Elements 35 in der Kammer 24 ihre Krümmung verstärkt, wenn das Element 35 zusammengedrückt wird und sich dann mit ihren außeren Gewölbeflächen parallel zur Fläche 31 des Kolbens 12 und gegen diesen anordnet, um einen Teil der Bohrungen 30 zu schließen, d.h. genauer, zuerst die radial mehr nach innen angeordneten Bohrungen und dann fortschreitend, während die Deformation des Elements 35 zunimmt, die radial mehr außen angeordneten Bohrungen, bis sämtliche Bohrungen 30 geschlossen sind.
  • Dadurch wird die verfügbare Querschnittsfläche für die Luft, die durch die Verminderung des Volumens der Kammer 24 ausgestoßen wird, zum Durchtritt in die Kammer 25 fortschreitend vermindert, bis sie auf Null reduziert ist, wodurch eine fortschreitende Zunahme des Druckabfalls der Luft in Kammer 24 erzeugt wird. Wenn die zwischen dem Kolben 12, der Wand 8, dem Element 35 und der Oberfläche 22 eingeschlossene Luft nicht mehr in die Kammer 25 durchtreten kann, nimmt ihr Druck zu, bis er so hoch wird, daß er den Stoß auf die Gabel 11 übertrifft und den Kolben 12 zurückbewegt, was zu einem fortschreitenden Wiederöffnen der Bohrungen 30 und einer Abnahme der Verformung des Elementes 35 führt, so daß der Druck in der Kammer 24 und der Gesamtstoß auf den Kolben 12 reduziert werden, mit dem Ergebnis, daß unter allen Bedingungen der Dämpfer 3 schnell und problemlos eine Gleichgewichtsposition erreicht, wodurch die Folgen der Schwingungen des Motors 3 vollständig beseitigt werden.
  • Wenn die Schwingungen derart sind, daß sie eine Beanspruchung der Gabel 11 in der Gegenrichtung bewirken (Fig. 5), verhält sich der Dämpfer 3a in genau der bisher beschriebenen Weise, wobei der einzige Unterschied darin besteht, daß jetzt das Volumen der Kammer 25 verringert wird, so daß die in fluiddichter Weise in ihrem Bereich zwischen dem Relativelement 35, der Oberfläche 22, dem Block 18 und dem Kolben 12 eingeschlossene Luft komprimiert wird, und durch die Bohrungen 30 in die Kammer 24 durchtritt, wobei die Bohrungen fortschreitend durch die Krümmung der Schnauze 36 des Elements 35 in der Kammer 25 geschlossen werden, wobei dies ein Ergebnis des Pressens gegen den vom Ring 21 gehaltenen Block 18 ist.
  • Die Vorteile der Erfindung gehen aus der vorstehenden Beschreibung hervor. Der beschriebene Dämpfer benötigt keine aktiven Kontrollsysteme, ist von einfachem und wirtschaftlichem Aufbau, hat einen hohen Wirkungsgrad und ist vollständig selbsteinstellend, wobei der beschriebene Aufbau ein in sich ausgeglichenes pneumatisches System bildet. Die Montage des erfindungsgemäßen Dämpfers ist ebenfalls leicht, da es nicht nötig ist sicherzustellen, daß zwischen dem Stab 13, dem Block 18 und dem Bauteil 6 eine Dichtung existiert, da die Dichtung im Arbeitsbereich der Kammern 24 und 25 in allen Fällen durch die Dichtungswirkung der Schnauzen 36 gegen den Kolben 12 gewährleistet ist.

Claims (8)

1. Passiver Schwingungsdämpfer (3a) zur mechanischen Verbindung zweier Bauteile (2, 3), zwischen denen die Möglichkeit einer Relativbewegung besteht, welcher ein erstes und ein zweites Element (4, 10) aufweist, die relativ zueinander axial gleitfähig miteinander verbunden sind und die jeweils so angeordnet sind, daß sie starr auf einem der Bauteile (2, 3) befestigt sind, wobei das erste Element aus einem mit einem gasförmigen Fluid gefüllten Hohlzylinder (4) besteht, und das zweite Element aus einem Stab (13) besteht, der starr an einem Kolben (12) befestigt ist, welcher gleitfahig auf fluiddichte Weise so im Zylinder (4) angeordnet ist, daß er in diesem eine erste Kammer (24) variablen Volumens und eine zweite Kammer (25) variablen Volumens, welche auf gegenüberliegenden Seiten des Kolbens (12) angeordnet sind, bildet, wobei der Kolben (12) mit einer Anzahl durchgehender Axialbohrungen (30) versehen ist, welche in verschiedenen radialen Positionen ausgebildet sind und so angeordnet sind, daß sie einen Austausch zwischen den Kammern (24, 25) ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (24, 25) jeweils mindestens ein verformbares ringförmiges Dichtungselement (35) aufweisen, welche mit einer Fläche (31, 32) des Kolbens (12) und einer Fläche (8, 18) der Kammer (24, 25) zusammenwirken, um einen radial äußeren ringförmigen Bereich der Kammern (24, 25), der den Bohrungen (30) gegenüberliegt, in fluiddichter Weise zu isolieren, und um die Bohrungen (30) durch Verformung des Dichtungselements (35) gemäß der axialen Stellung des Kolbens (12) fortschreitend zu verschließen.
2. Dämpfer (3a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Axialbohrungen (30) einen solchen Durchmesser aufweisen, daß sie dem Durchtritt des gasförmigen Fluids zwischen den Kammern (24, 25) einen spürbaren Widerstand entgegensetzen, und auf jeweils gegenüberliegenden Flächen (31, 32) des Kolbens (12) entlang eines spiralförmigen linearen Weges verteilt sind.
3. Dämpfer (3a) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchgehenden Axialbohrungen (30) einen solchen Durchmesser aufweisen, daß sie dem Durchtritt des gasförmigen Fluids zwischen den Kammern (24, 25) einen spürbaren Widerstand entgegensetzen, und auf jeweils gegenüberliegenden Flächen (31, 32) des Kolbens (12) entlang Kreisen von verschiedenen Durchmessern verteilt sind.
4. Dämpfer (3a) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammern (24, 25) variablen Volumens jeweils in ihrem Innern, koaxial zum Kolben (12), ein ringförmiges Elastomerelement (35) aufweisen, welches gegen einen gegenüber dem Kolben (12) liegenden Bewegungsstopper (8, 21) angeordnet ist, wobei das Elastomerelement (35) mit einer gekrümmten, verformbaren, ringförmigen Frontschnauze (36) versehen ist, welche sich axial in Richtung des Kolbens (12) erstreckt und durch Berührung mit einer jeweiligen Frontfläche (31, 32) desselben zusammenwirkt.
5. Dämpfer (3a) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Kammern (24, 25) variablen Volumens gleiche Größe aufweisen, so daß die durch die Axialbewegungen des Kolbens (12) innerhalb des Zylinders (4) verursachten Volumenänderungen in diesen Kammern stets gleichen Betrages aber entgegengesetzten Vorzeichens sind.
6. Dämpfer (3a) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (13) sich axial in Richtung beider Kammern (24, 25) erstreckt und in seiner Mitte den Kolben (12) starr haltert, wobei der Zylinder (4) ein becherförmiges Teil (6), welches die Kammern bildet und in das der Kolben (12) gleitfähig eingreift, und einen rohrförmigen Endbereich (9) kleineren Durchmessers, der von einer Endwand (8) des becherförmigen Teils (6) nach außen vorsteht, und in dem ein entsprechendes erstes Ende des Stabes (13) geführt wird, aufweist.
7. Dämpfer (3a) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Kammer (24) zwischen dem Kolben (12) und der Endwand (8) des becherförmigen Teils (6) gebildet ist, und die zweite Kammer zwischen dem Kolben (12) und einem ringformigen Block (18), welcher vom zweiten Ende des Stabes (13) durchquert wird und der gleitfähig in das becherförmige Teil (6) am von der Endwand (8) entfernten Ende so eingreift, daß das Öffnungsende des becherförmigen Teiles (6) verschlossen wird, gebildet wird, wobei dieses letztere mit einem Spaltring (21) vorgesehen ist, welcher als Stopper wirkt, gegen den der ringförmige Block (18) durch Kontakt zusammenwirkt.
8. Fahrzeug (1) mit einer Karosserie (2), einem Motor (3) und mindestens einem Dämpfer (3a), wie er in einem der Ansprüche 1 bis 7 beansprucht ist, und welcher den Motor (3) mit der Karosserie (2) verbindet.
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