CN1358260A - 气体缓冲器 - Google Patents

Abstract

特别是用于汽车发动机机组支承的缓冲器其特征主要是可不花费大的费用地调节和控制的高缓冲效率,并具有最小的结构体积。通过空气缓冲器的这样一种结构使这成为可能,即两块相互平面平行地布置并通过一柔性薄膜(3)距离可变地可相互相对运动地固定的缓冲板(1,2)达到,在两块板之间围成一2至5mm高的缓冲腔(6)。薄膜特别地做成滚动薄膜,并设有穿过一块或两块缓冲板的节流通道(11)。

Description

气体缓冲器

本发明涉及一种特别是用于汽车发动机机组支承的、用空气工作的缓冲器。

本专利申请的内容是一缓冲器，也就是说一种构件，它接受动能，大多是冲击能，在理想情况下完全接收，并耗散或吸收接受的能量，而不回传给被缓冲的物体，也就是说一落在缓冲器上的物体通过缓冲器受到制动，并在动态制动过程之后保持一新的静态势能。

相反弹簧是这样一种构件，它从受弹性缓冲的物体上接受引入的动能、中间储存，接着立即以相反的方向回传给受弹性缓冲的物体，并且在理想情况下完全回传给受弹性缓冲的物体。也就是说受弹性缓冲的物体在理想情况下返回其这样的较高的势能，在这个势能位置该物体落在弹簧上或以其他方式作用在弹簧上。

对于一下落的钢珠一由软塑料物质组成的块，例如一块黄油是一个接近理想的缓冲器。相反如果在相同的条件下让钢珠落在一块钢板上，那么钢板(在虎克定律范围内)变形，钢珠通过钢板的回复力甩回到其起始高度处。

在现实世界中理想的缓冲器和理想的弹簧一样难以实现；即使最好的现实的缓冲器由于其反弹力也给待缓冲的对象留下反向动能分量，而即使最好的弹簧也不再给动态作用的物体耗散掉的变形功。每个缓冲器也在较小或极小程度上起弹簧的作用，而最好的弹簧也必然受到阻尼。也就是说实际的缓冲器是这样一种构件，它吸取待缓冲物体的至少大部分动能，而不改变其动能向量的正负号。相应地实际的弹簧是这样一种构件，它将受动能作用的物体仅仅接近于回送到其静态势能的起始高度，并且在振动中不断重复这个过程，直至受弹性缓冲的物体在新的静态势能处静止下来，也就是说，失去其所有的动能。

在本发明说明书的范围内对于这种“实际的”缓冲器和“实际的”弹簧采用简称“缓冲器”和“弹簧”，即使每个缓冲器也起弹簧作用，而每个弹簧也有阻止作用。

但是上述明确说明类型的缓冲器和弹簧与那种按要求既起弹簧作用又起阻尼作用的组合构件有明显的区别。这种构件通常是组合构件它们一方面由起弹性作用的、另一方面由起缓冲作用的组件组合而成。下面这种组合组件在后面的常用术语中称为“支承”。这种支承的一个典型例子是在汽车制造中用作发动机支承的液压支承，它通常由一橡胶弹簧组成，它在受压时通过节流孔从储存腔中抽出缓冲液，这时从弹性振动过程中耗散性地缓冲地消耗掉通过节流孔压出的液压缓冲液的流动损失。

在这样理解的意义上本发明涉及一种缓冲器，而且是一种像上面提到的用液体作为缓冲介质工作的液压支承那样的缓冲器，但是与液压支承不同不是用缓冲液体，而是用一种气体，这里特别是空气工作的缓冲器。已知大量这种空气缓冲器，并且大部分做成柱塞缓冲器。一受动态载荷的并在其特征参数范围内待缓冲的弹簧驱动的刚性柱塞在一工作缸或一圆筒形刚性的泵活塞类型的容器内这样地往复运动，使得位于挂塞上下的并灌满空气的空腔的体积不断地变化。典型的例子是由德国公开资料DE 35 05 632 A1所知的发动机支承，其中一支承在橡胶弹簧上的汽车发动机的振动通过气流的摩擦损失受到缓冲，气流通过一柱塞在较大的振幅时在两个分空腔之间来回抽出。其中由弹性材料组成的腔壁这样地组形，使得根据两个灌满空气的分腔内的动态状况的不同改变空腔内壁和柱塞外缘之间环形间隙的横截面。虽然这种空气缓冲器由于空气的可压缩性和腔壁的弹性也以弹性成分对支承特性参数产生影响，这种影响对于支承的主要通过橡胶弹簧确定的弹簧特性参数实际上不起作用。因此由德国公开资料DE 35 05 632A1已知的发动机支承看作是橡胶弹簧和空气缓冲器的组合。

这种支承的问题是其结构高度。空气缓冲器要求大于整个支承弹簧结构高度的结构高度。

由美国专利资料US 5 087 020 A1已知一种外观相似，但是功能与上述的现有技术根本不同的发动机支承。在一支承垫板上有一橡胶弹簧，它作为固有的支承弹簧弹性支承待支承发动机的质量。这种支承通过一在上面的、已知发动机支承的橡胶弹簧的承载侧上的支承连接板进行。一套筒或螺栓与支承连接板连接，套筒或螺栓自由穿过橡胶弹簧的中央孔或支承板的中央孔。该套筒在其在支承板之下的根部带有一盘形横支架，它在其两个主表面上与外围的环形气室空气密封和耐压连接。这个横支承盘在环形气室之内设有一个或几个贯通的节流孔，它使位于盘上下的气室相互连通。这种由横支承盘和两个气室组成的结构在气室巨大的预紧力作用下封闭在一笼子形的钢板腔内，此钢板腔与支承连接板牢固连接。

在发动机支承受动态载荷时横支承板上侧和支承连接板下侧之间的上气室受到压缩，而位于它下面的环形气室则卸荷，其中发动机在向后振动时横支承盘下侧面和笼形板底面之间的环形下气室被压扁，这时位于它上面的环形上气室卸荷。同时两个环形气室都配备单向阀，它们设计成这样，使它们在环形气室卸荷时允许外界空气进入气室，而在环形气室受压缩时则防止空气流入外界。然后包含在这样地受压缩和封闭的环形气室内的空气通过横支承板上的节流孔进入上气室，并起发动机支承的有特色的缓冲作用。但是这时每次受压缩的环形气室由于腔壁的可变形性同时起充气汽车轮胎或自行车轮胎形式的附加的压缩空气弹簧作用。

也就是说由美国专利资料US 50 87 020 A1所知的支承装置是由一种橡胶缓冲器类型的橡胶弹簧与一由通过节流孔缓冲的压缩空气弹簧组成的分支承的串联组合。

显然如果从这种气动支承分系统中仅仅考虑空气缓冲装置，那么这种装置和上述柱塞装置一样同样具有结构高度太大的明显缺点。这种类型的支承在当今汽车缩小的发动机空间中再也无法安装。

另一方面空气缓冲器与目前常用的液压缓冲器相比单单由于环保方面的原因毫无问题具有优先权。

因此本发明的目的是这样的技术问题，创造一种空气缓冲器，它在结构高度小的情况下可以使支承，特别是汽车发动机支承的支承弹簧具备这样的缓冲能力，它像通过当今常用的液压系统所产生的缓冲可能性一样地灵活可调和有效。

本发明通过具有在权利要求1中所述特征的空气缓冲器来解决这个问题。

相应地具有本发明方案特征的空气缓冲器的主要特征在于两块相互平面平行地布置的和由刚性的非柔性材料，尤其是金属、特别是钢组成的固定的板。如果不是强制地要求两块缓冲板相互有严格的面积差别的话，那么这两块具有至少完全相同轮廓组形的缓冲板也具有至少大致相同的面积。出于实际的和结构的考虑，两块缓冲板中的一块与另一块缓冲板轮廓相同的情况下与另一块相比尺寸选得略微小一些，这里这个“略微小一些的尺寸”最好在另一块缓冲板的线性尺寸各10至20％的范围内。设计成这种类型的缓冲板最好相互同心地或中心对称地布置和固定。

两块缓冲板通过一柔性薄膜相互可改变间距和可相对运动地固定。这个薄膜做得封闭地环绕两块缓冲板并与两块缓冲板气体密封和耐压地连接。在两块缓冲板和环形薄膜之间确定一气体密封和压力密封的空腔，即缓冲空腔。这里缓冲腔最好同时也确定为在待缓冲频带的最主要的范围内的共振腔。

薄膜做成这样，使它一方面具有足够大的弹性复位力，以便使两块缓冲板在不受力的静态时相互保持在确定的相对位置上，另一方面也可以用待缓冲的动态力对缓冲板加载。也就是说薄膜可以称作气囊弹簧，它具有这样小的弹性，使它在与按本发明的缓冲器连接的支承弹簧的特征曲线中不再能察觉出它的存在。特别是如果两块缓冲板固定在其他构件上的话，那么薄膜甚至也可以没有任何弹性，仅仅带有足够的柔性，特别是可以组形为压力密封的柔软的织物薄膜。

但是薄膜最好是一种薄的橡胶膜，它组形成一种所谓的滚动薄膜的类型，如它用在小的气动驱动装置中那样。这保证有足够的弹性横向稳定性的同时保证两块缓冲板在其法向相互相对灵活移动的可能性。

在这种结构的缓冲器时两块相互面对面的缓冲板中的至少一块具有一通孔，它用作使缓冲腔通气的缓冲节流孔。当然代替唯一的一个孔也可以在两块缓冲板的一块上或两块缓冲板上相互协调地设置几个孔或特殊组成的和特殊尺寸的槽或通道。

在采用橡胶薄膜时为了两块缓冲板相互的相对定位这个橡胶薄膜最好与两块连接板之一固定连接，尤其是通过薄膜的硫化固定在板上，这样预制好的组件在预紧力作用下机械固定在另一块缓冲板，即对应板上。

原则上制造成这种类型的空气缓冲器可以通过板面积的加大，也就是说不管是上面固定空腔薄膜的薄膜板还是上面安装薄膜的对应板的加大达到。但是如果那里由于结构方面的规定使缓冲板表面的这种放大受到限制的话，那么缓冲器也可以做成双系统，而且是这样，使得一位置固定地安装的对应板在其主平面的两侧分别具有一薄膜板和一缓冲腔。一例如与支承弹簧连接的螺栓密封地穿过对应板上的一中央孔并将两个在对应板两侧相互背对面的薄膜板连接成一刚性的、被待缓冲的支承弹簧同步加载的单元。在对应板两侧这样构成的缓冲腔既可以相互独立地设置节流孔，也可以通过一贯穿对应板的孔相互连通，但是也可以既配备一个外壳气孔又配备一空腔连通孔。

如果对于制造成这种类型的缓冲器进行精细校准，它不再能通过缓冲腔简单的外部充气来实现，上述双系统也可以向这样的方向扩展，使得代替一柔性的缓冲对应腔设置一刚性的对应腔，它例如按一种亥姆霍兹共鸣器的形式共同设计缓冲器的特性曲线。同样一柔性的缓冲腔的穿过薄膜板的节流和通气孔可以向外通向一第二个柔性的不带刚性薄膜板的空腔。通过这种校准可能性可以在宽的频带范围内实现有效的缓冲。

通过缓冲腔受调节或控制地通入压缩空气也可以设计具有本发明特征的空气缓冲器的特征曲线簇的形状。

用按本发明的缓冲器已经可以在直径小于100mm的情况下达到500-700W范围内的消耗功率，其中机组下陷行程在2mm范围内，而在类似的经典液压支承时在支承结构高度大20％至40％的情况下不得不容忍6-8mm范围内的机组行程。

具体方面本发明的结构是从属权利要求的内容。

下面借助于实施例联系附图对本发明的原理作较详细的说明。附图表示：

图1具有本发明特征的基本组形的空气缓冲器的第一个实施例的

   轴截面；

图2压缩空气加载的、带有附加外空腔的空气缓冲器的第2个实

   施例；

图3本发明的压缩空气加载的、带有第2个刚性缓冲器共振腔的

   第三实施例的轴截面；

图4具有作为双系统结构的空气缓冲器的第四实施例；

图5具有图4中所示实施例的基本结构，但是具有一直接相互连

   接两个缓冲腔的节流通道的空气缓冲器的第五实施例。

图1中以轴截面表示的用于汽车发动机机组支承的空气缓冲器由两块圆形缓冲板、也就是说由一块直径较小的薄膜板1和一块对应板2，以及一块薄膜3组成，薄膜使两块缓冲板1，2相互平面平行地布置并且相互相对距离可变地运动地固定。薄膜3硫化在薄膜板1上，形成一橡胶—金属连接。薄膜3在轻微的径向预紧力作用下通过环形的沉割槽连接4固定在对应板2上，此沉割槽连接通过一锁紧的环形法兰5固定。在两块缓冲板1，2和薄膜3之间确定一空气密封和耐压的缓冲腔6。对应板2用一外法兰7固定在一这里未画出的基础支架上。此基础支架例如可以是发动机支承的支承板、一安装支柱或者在某些情况下也可以是一支架，它直接固定在汽车底盘上或者是它的一部分。

在薄膜板1上形成一中央的轴向连接螺栓8，它直接或通过垫板与支承弹簧连接。

为了缓冲通过一这里未画出的支承弹簧连接的小轿车发动机机组的动态载荷缓冲腔具有80mm的直径，薄膜板在未受力的平衡状态离对应板表面的距离保持在2至5mm之间。也就是说图1中所示的缓冲器是为在正常运行时的最大振幅2至5mm设计的。为了在这种正常考虑的情况下也能够动态柔和地缓冲较大的冲击振幅，两块缓冲板1、2的在缓冲腔6内相互面对面的两个表面整个表面用由带有封闭气孔的泡沫材料组成的涂层9和10覆盖。用这种方法有效地抑制超过薄膜板自由振动范围的振幅。也就是说本发明的缓冲器能够消除同时很好地抑制小的和大的振幅的典型的目标冲突。

在涂覆的薄膜板1，9上形成一两侧贯通的孔11，它用来使节流腔6节流地，也就是说缓冲地排气和充气。通过节流孔11相匹配的尺寸选择和组形可以根据当时最主要的待缓冲干扰频带的数据调整缓冲腔的固有振荡。

如开头详细解释过的那样，图1中所示装置是一缓冲器。这意味着，所出现的弹性分量应保持尽可能小，以便例如连接在缓冲器上的支承弹簧的特性曲线簇保持不变，至少变化尽可能小。在这个意义上图1中所示的缓冲器具有两个部件，它们有弹性地工作，也就是说按任务需要应用可压缩的空气作为缓冲流体并采用弹性体作为用于薄膜3的材料。这里因为与液压缓冲器相比用气动缓冲器所能达到的优点按照本发明的目的采用空气，并且必须采用弹性体作为薄膜材料，以便建立两块缓冲板1、2相互相对振动能力。但是这样制成的薄膜同时也必须具有足够的刚性，以便在理想情况下在应用范围内出现缓冲腔内压力时不起充气弹簧的作用。在这两种相互抵触的要求之间出现的矛盾，也就是薄膜板软的非弹性的悬挂和比较刚硬的缓冲腔边界的矛盾，以由图1可见的方法这样地解决，即薄膜3按一种滚动薄膜的形式组形，使得薄膜板1的振动不导致薄膜3的弹性体的延伸或镦实，而是通过一种预先成形在薄膜3弹性体上的滚动折皱12的“滚动式”的很小的向上和向下移动补偿。通过这个措施实际上可以完全消除掉缓冲器特性中的源自于薄膜材料的弹性特性的弹性成分。

图2表示一在图1中表示其基本结构的缓冲器的改进结构。

与图1中所示的缓冲器结构相比图2中所示的缓冲器除孔11之外还设有一孔13，它同样两侧张开地穿透涂覆的其板2，10。这个孔在其一侧向缓冲腔6张开，而在其外侧设有一压缩空气泵14的高压接头，此泵通常可产生0.4至0.8bar范围内的高压。与此同时缓冲器在薄膜板一侧用一顶盖15空气密封和耐压地包围，该顶盖和薄膜3及薄膜板1位于外侧的上表面确定一空腔16，薄膜板1上的匹配孔11通入这一空腔。连接螺栓8通过顶盖15实现的方式方法原则上可以任意设计，只要它做得足够地空气密封即可。顶盖15可以由刚硬的材料组成，并且连接螺栓8给腔壁配备一类似滑动轴承的套管，但是也可以与顶盖15一个柔性的壁区，例如按波纹薄膜的样式固定连接。

按图2的缓冲器的结构在功能方面可以使缓冲流体、即空气的高压得到调节地调整，使得缓冲器的共振带可以可变地跟踪变化的运行条件。

在图3中表示一与图2中所示的缓冲器实施例基本上原理相同的另一种方案。在图3所示的结构中回避了在某些情况下在图2所示的实施例中由于连接螺栓穿过顶盖15可能出现的问题。代替穿过薄膜板1的孔11在图3中所示的实施例中设有一两侧张开的通孔17，它除孔13之外也穿过对应板2，孔17相对于缓冲腔6来说在外侧通入一第二共振腔18，该共振腔仅仅由刚性的周壁构成，也就是说即使在空气压力变化时也具有一始终不变的容积。由此与孔17的尺寸选择和组形相关联地在按图3的缓冲器中造成一附加的共振系统，它使得缓冲器可以具有一非常准确的和与泵14有关的共振特性的可以改变的设计。

大致在80mm至100mm范围内的缓冲板有效工作横截面通常对于用于小轿车的发动机机组的普通发动机支承是完全足够了。在要求更大的缓冲时横截面可以加大，而不需要更大的支承结构高度，这种支承可以用在图1至3中所示的缓冲器构成。但是如果径向结构空间受到限制，这特别是在车身附近的控制台部位就是这种情况，那么可以通过在图4和5中所示的作为“双系统”的方式的缓冲器结构加大可由缓冲器提供的缓冲力，在这种“双系统”中虽然为了实现功能的提高轴向结构高度必须略微加大，但是对此作为补偿不必再加大径向结构体积。

在图4中以轴截面表示的本发明的缓冲器的作为双系统的实施例在其主要功能特征方面相当于图1中所示的缓冲器的基本组形，其中仅仅是在基板2的与缓冲腔6相对的一侧上设一第二缓冲腔6′。第二薄膜板1′也设有一贯通的节流孔11′，它通向缓冲器的外侧，两块薄膜板1，1′借助于一隔套19相互刚性连接。其中连接螺栓8′连同隔套19通过一第二中央孔20自由穿过对应板2。中央孔20尺寸选得足够大，使连接螺栓具有一自由的翻转间隙以及相对于横向移动的间隙。

缓冲腔6，6′借助于柔性的薄膜21，21′相对于基板2上的中央孔20气体密封和耐压密封地隔开。在按图4的这种类型的做成对称的缓冲器中不必要求更大的径向结构体积，在结构高度加大10至15mm的情况下即可达到缓冲功率的成倍提高。

当然在必要情况下通过缓冲腔6和6′的非对称匹配可以进行按图4制造的缓冲器的特性曲线簇的改进设计。

最后图5表示联系图4说明的缓冲器的另一种变型方案。代替缓冲腔6，6′通过节流通道11，11′的两个外充气，在图5中所示的作为两个缓冲腔6，6′连通的封闭系统的缓冲器配备一两侧开口的贯通对应板2的通孔22，该通道使两个缓冲腔6，6′相互直接气动连接。

按图5的这种缓冲器结构在原理方面使人想起常用的、用在液压支承中的缓冲器。但是与此相比按图5的空气缓冲器和所有其他的具有本发明的空气缓冲器一样具有这样的优点，这种空气节流与液体节流相比一方面不传递固体声，另一方面与支承弹簧系统没有直接连接。在所有按本发明的空气缓冲器中完全独立地制造和组形的缓冲器通过一单独的连接螺栓(8，8′)连接在支承弹簧上。也就是说通过一这里未画出的支承弹簧的安装板连接的承载系统和通过对应板2连接的底座系统通过缓冲器同时以理想的方式声学退耦。

Claims (9)

1.特别是用于汽车发动机机组支承的空气缓冲器，具有至少一个可弹性变形的、张开的气动工作腔，

其特征为：

两块相互平面平行地布置并通过一柔性薄膜(3)可改变间距地相互相对运动地固定的缓冲板(1，2)，也就是一块薄膜板(1)和一块对应板(2)，在这两块板和薄膜之间确定一气动的缓冲和共振腔(6)，和至少一个气动打开缓冲腔的两侧张开的孔(11)，它穿通缓冲腔(6)的两块缓冲板(1，2)中的至少一块。

2.按权利要求1的空气缓冲器，

其特征为：

在至少一块缓冲板(1，2)的朝向缓中腔(6)的表面上的平面形连接的弹性泡沫材料涂层(9，10)。

3.按权利要求1或2的空气缓冲器，

其特征为：

带有封闭气孔的泡沫材料涂层(9，10)。

4.按权利要求1至3之任一项的空气缓冲器，

其特征为：

用于小轿车发动机机组支承的缓冲的缓冲板(1，2)在缓冲腔(6)内两个相互面对面的表面在2-5mm范围内的距离。

5.按权利要求1至4之任一项的空气缓冲器，

其特征为：

在两块相互面对面的缓冲板(1，2)的每块上的分别通入缓冲腔(6)的孔(11，13)，其中位于薄膜板(1)上的孔(11)自由地向外打开，而穿透基板(2)的孔(13)上连接一压缩空气泵(14)。

6.按权利要求1至5之任一项的空气缓冲器，

其特征为：

在薄膜板(1)上的通入空腔(16；18)上的孔(11；17)向外用一腔壁(15)耐压和空气密封地封闭。

7.按权利要求1至6之任一项的空气缓冲器，

其特征为：

一第二缓冲腔(6′)，它集成在基板(2)内并通过一第二个穿透基板的孔(22)与缓冲腔(6)气动连通。

8.按权利要求1至7之任一项的空气缓冲器，

其特征为：

两块薄膜板(1，1′)，其中每一块在基板(2)两侧的每一侧分别通过一自己的薄膜(3)固定，其中由此在基板(2)两侧形成的两个缓冲腔(6，6′)要不分别仅仅通过孔(11，11′)穿通两块薄膜板(1，1′)，要不仅仅或附加地通过一贯通基板两侧的孔(22)相互连通地连接。

9.按权利要求8的空气缓冲器，

其特征为：

一与两块薄膜板(1，1′)固定连接的促动器螺栓(8′)，它自由地穿过基板上一分别用薄膜(21，21′)相对于缓冲腔(6，6′)耐压和气体密封地密封的中央孔(20)。

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