-
Die
Erfindung bezieht sich auf ein elastisches Aufhängungselement, insbesondere
für die Aufhängung einer
Abgasanlage an einem Fahrzeugboden eines Kraftfahrzeugs, mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
-
Elastische
Aufhängungselemente,
für die Aufhängung von
Abgasanlagen mit einem ersten Befestigungsteil zur Lagerung an einem
abstützenden Bauteil,
einem zweiten Befestigungsteil zur Lagerung eines abzustützenden
Bauteils und einer zwischen den beiden Befestigungsteilen wirkenden
Federanordnung, wobei die Federanordnung einen Federkörper aus
Elastomerwerkstoff aufweist, sind vielfach bekannt. Sie dienen beispielsweise
dazu, die Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs akustisch von dem Fahrzeugboden
zu entkoppeln. Dabei spielen zum einen die federelastischen Eigenschaften
der Federanordnung eine Rolle. Zum anderen wirkt der Elastomerwerkstoff
aber auch schwingungsdämpfend.
Beide Wirkungen entfaltet ein bekanntes elastisches Aufhängungselement
in idealer Weise nur bei einer bestimmten Temperatur, weil sich
die Eigenschaften des Elastomerwerkstoffs stark mit der Temperatur ändern. So
verschiebt sich die Eigenfrequenz des elastischen Aufhängungselements
mit der Temperatur. Darüberhinaus
ist zu beobachten, dass beispielsweise auch der Abstand der Befestigungsteile,
zwischen denen in der Regel eine Vorspannung gegeben ist, mit der
Temperatur des Elastomerwerkstoffs variiert. Hinzu kommt eine diesbezügliche Variation aufgrund
einer Alterung des Elastomerwerkstoffs. Mit der Alterung verschiebt
sich im Übrigen
auch die Eigenfrequenz des Aufhängungselements.
All dies führt
im Ergebnis dazu, dass bei bekannten elastischen Aufhängungselementen
der eingangs beschriebenen Art immer Kompromisse eingegangen werden
müssen,
was die Eigenfrequenz und den geometrischen Arbeitspunkt anbelangt.
Im Ergebnis wird eine optimale Abstimmung nur während eines bestimmten Zeitraums
der Lebensdauer des elastischen Aufhängungselements und bestimmter
Betriebstemperaturen erreicht. Da gleichzeitig die Anregungen seitens
der Abgasanlage eines Kraftfahrzeugs auch variieren, teilweise ebenfalls
beeinflusst von deren Lebensdauer und deren Erwärmungszustand ist die mit einem
bekannten elastischen Aufhängungselement
der eingangs beschriebenen Art maximal erreichbare sehr gute Entkopplungswirkung nur
für einen
relativ geringen Anteil der tatsächlichen Betriebsbedingungen
eines Kraftfahrzeugs gegeben.
-
Hieraus
ergibt sich die Forderung nach adaptierbaren elastischen Aufhängungselementen,
bei denen die Steifigkeit und damit die Eigenfrequenz und/oder der
Abstand der Befestigungsteile, d. h. der geometrische Arbeitspunkt,
in Abhängigkeit
von den aktuellen Betriebsbedingungen einstellbar bzw. konstant
haltbar sind. Ideal wäre
dabei eine kontinuierliche Anpassung an den Betriebszustand des
Kraftfahrzeugs. Erhebliche Fortschritte würden aber schon dadurch erreicht,
dass alterungsbedingte Veränderungen
der Elastomerwerkstoffs oder spezielle Eigenheiten des einzelnen
Kraftfahrzeugs oder auch jahreszeitlich bedingte Verschiebungen
der durchschnittlichen Betriebstemperatur kompensiert werden könnten. In
jedem Fall muss aber eine Einstellbarkeit des elastischen Aufhängungselements
bezüglich
der Steifigkeit der Federanordnung und/oder des Abstands der beiden
Befestigungsteile gegeben sein.
-
Ein
elastisches Lager mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs
1 ist aus der
DE 197
34 499 A1 bekannt. Hier erstreckt sich eine Fluidkammer
ringförmig
um eine ein Aufnahmebohrung für
das zweite Befestigungsteil begrenzende Wandung. In einer die ringförmige Fluidkammer
nach Außen
begrenzenden Außenwand
ist ein Ventil vorgesehen, durch das der Druck in der Fluidkammer eingestellt
und auch nachträglich
verändert
werden kann, um spezielle Schwingungsprobleme eines bestimmten Kraftfahrzeugs
zu beseitigen. Die
DE
197 34 499 A1 zeigt noch eine andere Ausführungsform einer
elastischen Aufhängevorrichtung,
bei der die Fluidkammer im Zentralbereich zwischen zwei Aufnahmebohrungen
durch einen Federkörper
aus Elastomerwerkstoff angeordnet ist.
-
Die
Fluidkammer wird senkrecht zu der Verbindungslinie der beiden Aufnahmebohrungen
allseitig von dem Elastomerwerkstoff begrenzt. Alle aus der
DE 197 34 499 A1 bekannten
elastischen Aufhängevorrichtung
bestehen bis auf den Inhalt der Fluidkammer ganz aus Elastomerwerkstoff.
Wie sie jedoch konkret hergestellt werden sollen, ist nicht offenbart.
-
Es
ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, ein elastisches
Aufhängungselement
der eingangs beschriebenen Art aufzuzeigen, das in der Herstellung
möglichst
wenig aufwendiger ist als ein passives elastisches Aufhängungselement
aus dem Stand der Technik, das aber dennoch Möglichkeiten zur einfachen aktiven
Einstellung eröffnet.
-
Die
Aufgabe der Erfindung wird durch ein elastisches Aufhängungselement
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsform
des neuen elastischen Aufhängungselements
sind in den Unteransprüchen
2 bis 7 beschrieben.
-
Während im
Stand der Technik der Aufhängungselemente
für die
Aufhängung
von Abgasanlagen vielfach massive Federkörper aus Elastomerwerkstoff üblich sind,
weist das neue elastische Aufhängungselement
einen balgförmigen
Federkörper aus
Elastomerwerkstoff auf. Durch eine Beaufschlagung des Innenraums
dieses Balgs mit Gas und/oder Flüssigkeit
können
die Federeigenschaften und auch der Abstand der Befestigungsteile
des neuen Elastischen Aufhängungselements
eingestellt werden. Mit einer Gasfüllung wird in dem Federkörper aus
Elastomerwerkstoff eine zusätzliche
Gasfeder ausgebildet. Die Eigenschaften der Gasfeder hängen von dem
Druck des Gases im Innenraum des Balgs ab. Die Eigenschaften können auch
durch eine teilweise Verdrängung
des Gases durch eine Flüssigkeit
variiert werden. Daneben bestehen Einflußmöglichkeiten auf das Gas durch
Drosselplatten und dgl., um bei dynamischer Beanspruchung des Aufhängungselements
zusätzliche
Dämpfungswirkungen
hervorzurufen. Mit einer Flüssigkeitsfüllung werden
die geometrischen Verformungsmöglichkeiten
des Federkörpers aus
Elastomerwerkstoff beeinflusst. Auch bei einer Flüssigkeit
im Innenraum des Balgs können
Drosselplatten zur Erhöhung
der Dämpfung
des elastischen Aufhängungselements
vorgesehen sein.
-
Trotz
der hiermit erreichten Einstellmöglichkeiten
des neuen elastischen Aufhängungselements kann
dieses wie bekannte elastische Aufhängungselemente für Abgasanlagen
aus dem Stand der Technik als Gummi-Metall-Verbundbauteil hergestellt
werden. Dabei können
sich die Herstellungskosten auf demselben Niveau wie bei bekannten
passiven Aufhängungselementen
bewegen, da die Federwirkung bei dem neuen elastischen Aufhängungselement nicht
allein auf dem Federkörper
aus Elastomerwerkstoff beruhen, der wegen seiner notwendigen Temperaturstabilität für Anwendungen
im Bereich der Abgasanlage nur aus sehr hochwertigen Werkstoffen ausgebildet
sein kann und dessen Masse hier kleiner als im Stand der Technik
sein kann.
-
Besonders
günstige
Bedingungen für
die Herstellung des neuen Aufhängungselements
ergeben sich dann, wenn sich der Balg schlauchförmig von einer Basisplatte
bis zu einem Abschlussring erstreckt, in den eine Verschlussplatte
abdichtend eingesetzt ist. Die Baueinheit aus der Basisplatte, dem Balg
und dem Abschlussring kann in einem Vulkanisierwerkzeug mit zwei
Kalibern hergestellt werden. Die Verschlussplatte kann separat hergestellt
und anschließend abdichtend
in den Abschlussring eingesetzt werden. Für die Abdichtung kann bereits
bei der Ausbildung des Balgs eine Dichtlippe an dem Abschlussring
ausgebildet werden.
-
Besonders
bevorzugt ist es, wenn eines der beiden Befestigungselemente direkt
an der Basisplatte ausgebildet ist. Auch dies kann im Zuge der Ausbildung
des Balgs aus dem Elastomerwerkstoffs erfolgen, beispielsweise indem
zunächst
eine bügelförmige Ausprägung in
einer Basisplatte aus Metall vorgesehen wird, in die dann eine Befestigungsbuchse
aus Elastomerwerkstoff eingespritzt wird. Mit dem Einspritzen der
Befestigungsbuchse kann die durch die bügelförmige Ausprägung verlorene Dichtheit der Basisplatte
wieder hergestellt werden. Ausgangsmaterial für die Basisplatte ist bei dieser
Vorgehensweise ein kalt verformbarer Metallbandabschnitt.
-
Entsprechend
der Ausbildung des einen Befestigungselements an der Basisplatte
kann das andere Befestigungselement an der Verschlussplatte ausgebildet
sein.
-
Zwischen
der Basisplatte und der Verschlussplatte können sich Verliersicherungsbänder erstrecken,
die damit parallel zu der Federanordnung aus Elastomerwerkstoff
vorgesehen sind. Die Verliersicherungsbänder können ihrerseits elastische
Eigenschaften aufweisen, beispielsweise indem ein noch dehnbares
Metallgewebe in Gummi eingebettet ist oder dgl.
-
Eine
Verliersicherung kann bei dem neuen Aufhängungselement auch dadurch
ausgebildet sein, dass eines der Befestigungsgelemente an einem
Verliersicherungsbügel
ausgebildet ist, der das andere Befestigungselement umschließt.
-
Die
separat von dem Balg aus Elastomerwerkstoff ausbildbare Verschlussplatte
kann genutzt werden, um Teile der Einstellmittel für die Einstellung des
Abstands bzw. der Steifigkeit der Federanordnung zwischen den beiden
Befestigungsteilen zu lagern. Bei diesen Teilen kann es sich um
Sensoren und Aktuatoren für
die Erfassung der Ist-Werte und Einstellung der Soll-Werte des Abstands
bzw. der Steifigkeit handeln. Es kann sich aber auch um ein einfaches
Ventil handeln, über
das mit zusätzlichen, von
außen
anzusetzenden Vorrichtungen die Gas- bzw. Flüssigkeitsfüllung bewirkt wird.
-
An
der Verschlussplatte lassen sich auch Mittel zur Beeinflussung von
strömendem
Gas bzw. strömender
Flüssigkeit,
also beispielsweise Drosselplatten lagern. Diese Drosselplatten
behindern so nicht die Herstellung des Balgs und seiner Abdichtung.
Vielmehr werden sie erst hinterher mit der Verschlussplatte in den
Balg eingesetzt.
-
Die
Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert und
beschrieben. Dabei zeigt
-
1 eine
erste Ausführungsform
des neuen elastischen Aufhängungselements
in einer perspektivischen Seitenansicht,
-
2 eine
zweite Ausführungsform
des neuen elastischen Aufhängungselements
in einer teilweise weggebrochenen perspektivischen Seitenansicht,
-
3 eine
Abwandlung des elastischen Aufhängungselements
gemäß 2 in
einer perspektivischen Seitenansicht mit entsprechenden Wegbrechungen
wie in 2 und
-
4 ein
elastisches Aufhängungselement wieder
in perspektivischer Seitenansicht, bei dem es sich um kein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
handelt. Die 4 dient lediglich zur Erläuterung
der vorteilhaft bei dem erfindungsgemäßen Aufhängungselement vorgesehenen
Lagerung von Mitteln zur Beeinflussung eines strömenden Gases oder einer strömenden Flüssigkeit
in einem Innenraum des Aufhängungselements.
-
Das
in 1 dargestellte elastische Aufhängungselement 1 weist
ein erstes Befestigungsteil 2, ein zweites Befestigungsteil 3 und
eine dazwischen liegende Federanordnung 13 auf. Zu der
Federanordnung 13 gehört
ein Federkörper 4 aus
Elastomerwerkstoff 5. Der Federkörper 4 weist die Form
eines Balgs 6 auf, der sich als geschlossener Schlauch
zwischen einer Basisplatte 10 und einem Abschlussring 11 erstreckt.
An der Basisplatte 10 ist innerhalb einer bügelförmigen Ausprägung 17 eine
Befestigungsbuchse 7 aus Elastomerwerkstoff 5 ausgebildet.
Die Befestigungsbuchse 7 dient zur Aufnahme eines Befestigungsbolzens
als abstützendes
Bauteil für
das elastische Aufhängungselement 1.
Der Elastomerwerkstoff 5 im Bereich der Befestigungsbuchse 7 ist derselbe
wie im Bereich des Federkörpers 4.
Die Basisplatte 10 besteht aus Metall, wobei die Ausprägung 17 durch
Kaltverformung einer ebenen Ausgangsform hergestellt ist, die dabei
verlorene Dichtheit der Abschlussplatte 10 wird durch den
Elastomerwerkstoff 5, der die Befestigungsbuchse 7 ausbildet,
wieder hergestellt. In den Abschlussring 11 ist eine Verschlussplatte 12 abdichtend
eingesetzt, an der – in
der Basisplatte 10 entsprechender Weise – eine Befestigungsbuchse 8 aus
Elastomerwerkstoff 5 innerhalb einer Ausprägung 18 ausgebildet
ist.
-
Während die
Befestigungsbuchse 7 das erste Befestigungsteil 2 zur
Lagerung des Aufhängungselements 1 an
einem abstützenden
Bauteil dient, bildet die Befestigungsbuchse 8 das Befestigungselement 3 des
Aufhängungselements 1 für die Lagerung eines
abzustützenden
Bauteils, bei dem es sich hier wiederum um einen in die Befestigungsbuchse 8 einzuführenden
Befestigungsbolzen handelt. Der hier nicht dargestellte Befestigungsbolzen
kann beispielsweise eine Abgasanlage tragen, die an einem Fahrzeugboden
eines Kraftfahrzeugs zu lagern ist. Hierzu sind dann an dem Fahrzeugboden
hier ebenfalls nicht dargestellte Befestigungsbolzen vorzusehen, auf
die die Befestigungsbuchse 7 aufzuschieben ist. Der Innenraum 19 des
Balgs 6 ist hermetisch abgedichtet. Es ist aber eine Leitung 14 vorgesehen,
die in den Innenraum hinein führt
und über
die Gas und/oder Flüssigkeit
in den Innenraum 19 eingebracht werden kann. Während des
Betriebs des elastischen Aufhängungselements 1 ist
die Leitung 14 dann durch ein Ventil 23 gesperrt.
Mit der Flüssigkeit bzw.
dem Gas, die in den Innenraum 19 einbringbar sind, können die
statischen und dynamischen Eigenschaften des elastischen Aufhängungselements 1 willkürlich beeinflusst
werden. So kann der statische Abstand 21 der Befestigungsteile 2 und 3 und
die Steifigkeit der Feder 9 und 13 zwischen den
Befestigungsteilen 2 und 3, d. h. die Dynamik
des Abstands 21 so beeinflusst werden, dass sich gewünschte Eigenschaften
des elastischen Aufhängungselements 1 einstellen.
Beispielsweise kann auf diese Weise eine Alterung des Elastomerwerkstoffs 5 kompensiert werden,
oder es ist eine Anpassung des elastischen Aufhängungselements 1 an
ein individuelles Kraftfahrzeug mit seinen Besonderheiten möglich, oder
es können
jahreszeitenabhängige
Schwankungen der mittleren Betriebstemperatur des elastischen Aufhängungselements 1,
die sich in unterschiedlichen bei der jeweiligen Betriebstemperatur
gegebenen elastischen Eigenschaften des Elastomerwerkstoffs 5 niederschlagen,
kompensiert werden. Beim Beaufschlagen des Innenraums 19 mit
Gas bzw. bei zumindest teilweiser Füllung des Innenraums 19 mit
Gas ergibt sich eine dem Federkörper 4 aus
Elastomerwerkstoff 5 parallel geschaltete Gasfeder. Bei
einer Flüssigkeitsfüllung werden
im Wesentlichen die geometrischen Verformungsmöglichkeiten des Federkörpers 4 aus
Elastomerwerkstoff 5 beeinflusst.
-
Bei
der Ausführungsform
des elastischen Aufhängungselements
gemäß den 2 und 3 sind
gegenüber 1 folgende
Unterschiede zu verzeichnen. Der Querschnitt des Balgs 5 ist
hier nicht kreisrund sonder von rechteckiger Grundform mit zwei
einander gegenüberliegenden
ausgebogenen Kanten. Weiterhin sind Verliersicherungsbänder 15 vorgesehen,
die zwischen der Basisplatte 10 und der Verschlussplatte 12 verlaufen.
Die Verliersicherungsbänder
stellen sicher, dass die beiden Befestigungsteile 2 und 3 nicht
getrennt werden, auch wenn der Federkörper 5 aus Elastomerwerkstoff 6 ausfällt, beispielsweise
indem er zerreißt.
Die Verliersicherungsbänder 15 können Federstahlbänder sein,
die jedoch nicht gestreckt sein dürfen, um die Elastizität des elastischen
Aufhängungselements 1 nicht
zu stören. Es
ist aber auch die Ausbildung aus flexiblen Bändern oder auch aus Bändern mit
begrenzter Elastizität
möglich.
-
In 3 ist
zusätzlich
angedeutet, dass an der Verschlussplatte 12 Einstellmittel 19 gelagert sind,
um die Bedingungen im Innenraum 9 des Balgs 6 zu überwachen,
d. h. deren Ist-Zustand festzustellen und einen Soll-Zustand einzustellen.
Im Gegensatz zu den Ausführungsformen
des elastischen Aufhängungselements 1 gemäß den 1 und 2 erfolgt
diese Einstellung dynamisch. Dies bedeutet aber immer noch, dass
die Einstellung über
viel größere Zeiträume erfolgt
als die Periodendauer der mit dem elastischen Aufhängungselement 1 abzukoppelnden
Schwingungen. Anzuschließen
sind die Einstellmittel 19 an hier nicht dargestellte Quellen
für das Gas
bzw. die Flüssigkeit,
mit denen der Innenraum 9 beaufschlagt werden soll.
-
Bei
dem elastischen Aufhängungselement 1 gemäß 4 ist
das untere Befestigungsteil 3 an der Basisplatte 10 ausgebildet
ist. Das obere Befestigungsteil 2 ist dabei nicht an der
Verschlussplatte 12 ausgebildet, was grundsätzlich möglich wäre, sondern
an einem Bügel,
der sich von dem unterhalb der Basisplatte 10 angeordneten
Abschlussring 11 bis über
das Befestigungsteil 3 erstreckt und dort das Befestigungsteil 2 abstützt. Auf
diese Weise ist ein Verliersicherungsbügel 16 für einen
Befestigungsbolzen vorhanden, der in die Befestigungsbuchse 8 eingebracht
wird. Innerhalb des Verliersicherungsbügels stützt die Federanordnung 13 das
Befestigungsteil 3 nach unten ab, d. h. die Federanordnung 13 wird
hier auf Druck beansprucht, während
sie in den bisherigen Ausführungsformen
gemäß den 1 bis 3 auf
Zug beansprucht wird. Ob dabei jeweils der Elastomerwerkstoff 5,
der den Balg 6 ausbildet auf Druck oder Zug beansprucht
wird, hängt
jedoch im Wesentlichen von der Füllung
und der Form des Balgs 6 ab. In 4 ist zusätzlich angedeutet,
dass eine Drosselplatte 20 in dem Innenraum 9 des
Balgs 6 angeordnet ist, die über eine Haltestange 22 an
der Verschlussplatte 12 gelagert ist. Die Drosselplatte 20 hat eine
Dämpfungswirkung,
da sie Bewegungsenergie des durch sie strömenden Mediums letztlich in
Wärme umwandelt.
Die Strömung
durch die Drosselplatte 20 ergibt sich allein durch die
dynamische Abstandsänderung
der Befestigungsteile 2 und 3.
-
- 1
- Aufhängungselement
- 2
- Befestigungsteil
- 3
- Befestigungsteil
- 4
- Federkörper
- 5
- Elastomerwerkstoff
- 6
- Balg
- 7
- Befestigungsbuchse
- 8
- Befestigungsbuchse
- 9
- Innenraum
- 10
- Basisplatte
- 11
- Abschlussring
- 12
- Verschlussplatte
- 13
- Federanordnung
- 14
- Leitung
- 15
- Verliersicherungsband
- 16
- Verliersicherungsbügel
- 17
- Ausprägung
- 18
- Ausprägung
- 19
- Einstellmittel
- 20
- Drosselplatte
- 21
- Abstand
- 22
- Haltestange
- 23
- Ventil