DE102004001322A1

DE102004001322A1 - Akustisch entkoppeltes Hydrolager

Info

Publication number: DE102004001322A1
Application number: DE102004001322A
Authority: DE
Inventors: Diethard Schneider
Original assignee: ContiTech Vibration Control GmbH
Current assignee: ContiTech Vibration Control GmbH
Priority date: 2004-01-08
Filing date: 2004-01-08
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2024-01-09
Also published as: DE102004001322B4; US20050151309A1; US7258331B2

Abstract

Ein Hydrolager (2) weist außer einer aus elastomerem Material bestehenden Lagerfeder (8) ein in eine Arbeitskammer (14) und eine Ausgleichskammer (16) unterteiltes Hydraulikvolumen (6) auf. In einer zwischen beiden Kammern (14, 16) befindlichen und mit Überströmkanal (18) versehenen Trennwand (12) ist zwecks akustischer Entkopplung ein zwischen zwei Gitterplatten (Gitter-Grundplatte, 22, Gitter-Drosselplatte, 26) wegbegrenztes, seitlich druckdicht eingespanntes, membranartiges Entkopplungselement (24) aus flexiblem, elastischem Material eingelassen. DOLLAR A Zur Abstimmung der akustischen Entkopplung auf bestimmte Störfrequenzen (Brummfrequenzen) ist die Entkopplungsmembran (24) radial vorgespannt. Diese Vorspannung erfolgt vorzugsweise anlässlich des Schrumpfprozesses während der Vulkanisation der aus Rohgummi herzustellenden Entkopplungsmembran (24). Die Entkopplungsmembran (24) kann einen Randwulst (28) und mindestens einen Quersteg (32) - jeweils wahlweise mit Verstärkungseinlage (30 und/oder 34) - aufweisen. DOLLAR A Insbesondere zur Abstützung von Kraftfahrzeugmotoren.

Description

Die Erfindung betrifft ein akustisch entkoppeltes Hydrolager, insbesondere zur elastischen Abstützung von Kraftfahrzeugmotoren, – gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In ihrer Grundversion bestehen derartig Hydrauliklager üblicherweise aus einem Gummielement als Tragfeder in Verbindung mit einem hydraulischen Dämpfer. Dabei besteht der hydraulische Dämpfer wiederum aus einem Hydraulikvolumen, das durch eine mit mindestens einem Drosselkanal versehene Trennwand in eine Arbeitskammer und eine Ausgleichskammer unterteilt ist. Mit Hilfe derartiger, sich zwischen Fahrzeugmotor und Chassis befindenden Hydrauliklager soll einerseits verhindert werden, dass sich Motor-Vibrationen auf das Chassis übertragen, andererseits sollen die mit dem Fahrbetrieb gegebenen Erschütterungen gar nicht oder nur gedämpft vom Chassis an den Motor gelangen können.
Darüber hinaus soll verhindert werden, dass akustische Schwingungen, insbesondere in Form von Körperschall, auf das Chassis gelangen können. Zu diesem Zweck weist die zwischen Arbeitskammer und Ausgleichskammer befindliche Trennwand eine weitere Öffnung auf, die mit einem flexiblen bis starren, um einen Freiweg axial beweglichen, – üblicherweise als „Membran" bezeichneten – Bauelement abgedeckt ist. Außer als schwingungsdämpfende Tragkonstruktion für Kraftfahrzeugmotoren sollen derartige Hydrolager zur Filterung akustischer Schwingungen dienen.
Zur Aufnahme von akustischen Schwingungen, d. h. Schwingungen höherer Frequenzen) aber geringerer Amplitude(n), ist dieses auch als „Akustikmembran" bezeichnete membranartige Bauelement beidseitig mit jeweils einer als wegbegrenzender Endanschlag dienenden Gitterplatte versehen.
In Hydrolagern kommen als Bauelement zur Entkopplung bzw. Dämpfung akustischer Schwingungen zwei prinzipiell unterschiedliche Konstruktionen zum Einsatz:

1.) Lose, axial-bewegliche, d. h. seitlich nicht eingespannte Platten nach Art eines „Schwebekolbens",
2.) Flexible, seitlich eingespannte Membranen.

Seitlich nicht eingespannte Platten weisen verschiedene Nachteile auf:

a) Zwischen dem Rand der Platte und dem Rand der zu haltenden Trennwand-Ausnehmung ist ein Schlitz vorhanden, der je nach Position der Platte größer oder kleiner sein kann. Dieser Schlitz stellt einen zum Dämpfungskanal parallel geschalteten Bypass dar, der wegen seiner unkontrollierbaren Größe die Dämpfungscharakteristik des Lagers i nicht reproduzierbarer Weise beeinflusst.
b) Die Platten wirken als „Schwebekolben", die nur dann als Körperschall-Filter wirksam sind, wenn die Platte nicht an der einen oder der anderen der Wegbegrenzungen anliegt. Ein Anliegen an den Wegbegrenzungen ist nicht nur dann gegeben, wenn die akustische Amplitude größer oder gleich dem Freiweg der Platte ist sondern auch dann, wenn aufgrund des im Dämpfungskanal wirksamen Strömungswiderstandes eine quasistationär ungleiche Druckverteilung auf beiden Seiten der Platte vorliegt. D. h.: Die Platten sind als Körperschall-Filter nur unter den genannten, einschränkenden Voraussetzungen wirksam.

Die vorliegende Erfindung befasst sich mit der Verwendung von Membranen gemäß Punkt (2).

Die DE-PS 34 17 927 beschreibt ein elastisches Lager zur Abstützung von Motoren, Maschinenaggregaten usw., wobei zur Verbesserung der akustischen Eigenschaften eine speziell ausgebildete, umfangsseitig verstärkte Entkopplungsmembran vorgesehen ist. Diese Entkopplungsmembran, deren Rand in einer Trennplatten-Aussparung eingespannt ist, kann sich zwischen begrenzenden Gittern innerhalb eines beidseitigen Freiweges bewegen.

Weder eine radiale Vorspannung ist eingestellt oder einzustellen noch eine Abstimmung auf eine bestimmte Eigen-/Resonanz-Frequenz wird gefordert, so dass unklar bleibt, in welchem Frequenzbereich – und falls ja, wie – eine akustische Verbesserung im Einzelnen funktionieren könnte.

Aus der DE-PS 41 41 332 C2 ist ein umschaltbares Hydrolager bekannt, das eine ringförmige „Akustik"-Membran aufweist, deren verstärkter Rand an einer Trennplatten-Aussparung axial eingespannt ist (siehe dort 5). Ob eine Abstimmung der Membran auf spezielle Frequenzen bzw. Frequenzbereiche erfolgt, wird näher ausgeführt.

Die DE-OS 196 50 230 A1 beschreibt ebenfalls ein Hydrolager mit Akustik-Filterbauteil. Dieses Filterbauteil besteht aus einer zusätzlichen Ausgleichskammer, die gegenüber der Hydraulikkammer durch eine Drosselmembran und gegenüber der (ersten) Ausgleichskammer durch eine weitere (zweite) Ausgleichskammer-Membran abgeschlossen ist. Ein Strömungskanal verbindet die (zweite) Ausgleichskammer mit der Arbeitskammer oder mit der (ersten) Ausgleichskammer.

Mit dieser Akustik-Filterbaueinheit soll der bei einfachen Hydrolagern konstruktionsbedingte Anstieg der dynamischen Federrate auf ein zweites Steifigkeitsniveau verhindert werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Hydrolager mit akustischer Entkopplung zu schaffen, wobei die akustische Entkopplung auf eine spezielle Resonanzfrequenz („Bruinmfrequenz") abgestimmt ist.

Lösung und Vorteile

Diese Aufgabe ist im Wesentlichen mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind bevorzugte Verbesserungen und Weiterbildungen möglich.

Die Vorteile bestehen in einer weitgehenden Vermeidung der eingangs geschilderten Probleme.

Die radiale Vorspannung des Entkopplungselements wird so gewählt, dass seine Eigenfrequenz im Bereich der zu tilgenden Brummfrequenz liegt. Aufgrund der dynamischen Steifigkeitsabsenkung im kritischen Drehzahlbereich wird die Störgeräusch-Übertragung vom Motor auf das Chassis weitgehend unterdrückt.

Das Entkopplungselement weist eine Verstärkungseinlage, vorzugsweise mit Randwulst, auf.

Bei Verwendung von Rohgummi bei der Herstellung der Entkopplungsmembran ergibt sich die gewünschte Vorspannung bereits anlässlich des Vulkanisationsprozesses.

Außer durch eine Vorspannung ist die Eigenfrequenz der Entkopplungsmembran durch die Parameter: Längen- und Breiten-Ausdehnung und Shore-Härte zu beeinflussen.

Ist die Entkopplungsmembran nicht kreisrund sondern weichen Länge und Breite voneinander ab, so ergeben sich diesbezüglich unterschiedliche Eigenfrequenzen, wodurch sich eine gewisse Breitbandigkeit der Steifigkeitsabsenkung ergibt.

Mit Hilfe von in die Entkopplungsmembran integrierten Querstegen lässt sich ihr „Frequenzgang" zusätzlich beienflussen.

Zeichnungen
Im folgenden wird das erfindungsgemäße Hydrolager und die damit gegebenen Vorteile anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:
1 die Gesamtansicht eines Ausführungsbeispiels im Längsschnitt;
2 eine Trennplatte des Hydrolagers nebst „Akustikfiltereinheit", ausschnittsweise, ebenfalls im Längsschnitt;
3 eine Gitter-Grundplatte, und zwar:
3a in Draufsicht,
3b in perspektivischer Sicht und
3c im Längsschnitt;
4 eine Gitter-Drosselplatte, und zwar:
4a von unten betrachtet,
4b in perspektivischer Sicht und
4c im Längsschnitt.
5 und 6 zeigen zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Drosselmembranen:
5 ohne und 6 mit Quersteg, und zwar:

(a) jeweils in perspektivischer Sicht,
(b) jeweils in Draufsicht,
(c) jeweils im Längsschnitt und
(d) jeweils den Randbereich.

7 und 8 zeigen zwei Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Verstärkungseinlagen für Drosselmembranen:
7 ohne und 8 mit Quersteg, und zwar:

(a) jeweils in Draufsicht,
(b) jeweils den Schnitt A-A und
(c) jeweils in perspektivischer Sicht.

9 zeigt ein Diagramm mit dem Frequenzgang der dynamischen Steifigkeit insbesondere im „hochfrequenten" Bereich.
Beschreibung
Die Gesamtansicht des in 1 im Längsschnitt dargestellten Hydrauliklagers 2 zeigt ein in einem zweiteiligen 4a, 4b Gehäuse 4 befindliches Hydraulikvolumen 6. Dieses Hydraulikvolumen 6 ist „oben" durch eine aus elastomerem Material bestehende Lagerfeder (Tragfeder) 8 und „unten" durch eine flexible Ausgleichsmembran (Rollmembran) 10 abgeschlossen. Die Lagerfeder 8 ist mittels einer Traverse an einem Fahrzeugmotor (nicht dargestellt), der Boden des Gehäuses 4 ist mittels Schraubbolzen an einem Fahrzeugchassis (ebenfalls nicht dargestellt) anbringbar. Das Hydraulikvolumen 6 ist durch eine sich radial erstreckende Trennwand 12 in eine Arbeits- 14 und eine Ausgleichskammer 16 unterteilt. Zur Dämpfung von Schwingungen und Erschütterungen sind beide Kammern 14, 16 über einen Drosselkanal (Ringkanal) 18 miteinander verbunden. Außerdem weist die Trennwand 12 mittig eine großdimensionierte Öffnung auf, in die zur Filterung von Körperschall eine Entkopplungseinheit („Akustikfiltereinheit") 20 eingefügt ist.
Der bisher geschilderte Grundaufbau entspricht dem der aus dem Stand der Technik bekannten Hydraulikfedern.
Die die vorliegende Erfindung betreffende Ausgestaltung der Akustikfiltereinheit 20 wird anhand der Detaildarstellung in 2 erläutert.
Die in 2 ebenfalls im Längsschnitt (ausschnittsweise) dargestellte Akustikfiltereinheit 20 besteht aus einer Gitter-Grundplatte 22 (siehe auch 3), einer Drosselmembran (Entkopplungselement) 24 (siehe auch 5 und 6) und einer Gitter-Drosselplatte 26 (siehe auch 4).
Die Drosselmembran 24 ist längs ihres Randes am Rande der Trennwand-Öffnung in der Weise eingespannt, dass die Trennwand 12 dadurch druckdicht abgeschlossen ist. Eine Flüssigkeitsströmung von der Arbeitskammer 14 zur Ausgleichskammer 16 ist deshalb ausschließlich nur durch den ringförmig angelegten Drosselkanal 18 (vgl. 1) möglich. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel erfolgt die Einspannung der Membran 24 lediglich axial; eine radiale Vorspannung ist beim Einbau nicht vorgesehen.
Aus den 2, 5 und 6 geht weiter hervor, dass die Drosselmembran 24 einen Randwulst 28 aufweist. Dieser Randwulst 28 weist zudem eine Verstärkungseinlage 30 aus Metall oder Kunststoff auf.
Außer einen mit Verstärkungseinlage 30 versehenen Randwulst 28 kann die erfindungsgemäße Membran 24 mindestens einen verstärkenden Quersteg 32 aufweisen. In den in 5 und 6 dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Membran 24 nicht kreisrund sondern länglich ausgebildet. Zusätzlich zu einem mit Verstärkungseinlage 30 (7) versehenen Randwulst 28 weist die abgebildete Membran 24 einen die beiden Längsseiten miteinander verbindenden Quersteg 32 auf. Auch dieser Quersteg 32 ist nicht nur eine wulstförmige Verdickung der Membran 24 sondern ist ebenfalls mit einer Verstärkungseinlage 34 (8) versehen.
In 7 und 8 sind zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von Verstärkungseinlagen 30, 34 in Einzeldarstellung abgebildet. Die Verstärkungseinlage 30, 34 besteht aus Metall oder einem harten Kunststoff.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Membran 24 erfolgt in der Weise, dass eine Verstärkungseinlage 30 und evtl. 34 ein- oder beidseitig mit den üblichen Vulkanisationsverfahren, wie u.a. Compression Molding (CM), Transfer Molding (TM) bzw. Injektion Molding (IM), ausvulkanisiert wird. Durch den Vulkanisationsvorgang schrumpft das Gummi, so dass die fertige Membran 24 eine gewisse Vorspannung aufweist. Die Gummi-Stärke und die Shore-Härte der Membran 24 sind so gewählt, dass sich in Verbindung mit den sonstigen Abmessungen und Parametern, insbesondere auch mit der Fluidsäule im Bereich der Gitter-Drosselplatte 26, eine Eigenfrequenz ergibt, die auf die zu tilgende akustische Resonanzfrequenz (Brumm-Frequenz) abgestimmt ist. Damit ergibt sich eine Absenkung der dynamischen Steifigkeit im kritischen Drehzahlbereich 36 des mit dem erfindungsgemäßen Hydrolager 2 abgestützten Kraftfahrzeugmotors.
Mit Hilfe mindestens eines Quersteges 34 bzw. einer Kassettierung der Membranfläche 24 lässt sich die Membran-Eigenfrequenz weitgehend beeinflussen. Eine längliche Membran 24 weist in Längs- und Querrichtung unterschiedliche Eigenfrequenzen auf, so dass sich bereits mit Hilfe einer ungeteilt länglichen Membran 24 eine „Zweikreisigkeit" bzw. Breitbandigkeit des Absorptionsspektrums realisieren lässt.
Der kritische Drehzahlbereich, bei dem eine Absenkung der dynamischen Steifigkeit des Hydrolagers vorzunehmen ist, ist Motor- und Karosserie-abhängig und liegt etwa zwischen 3.000 U/min und maximaler Drehzahl. Die in 9 dargestellten Kurven basieren auf Messungen an einem 4-Zylinder-Reihenmotor.

2: Hydrolager, Hydrauliklager, Hydraulikfeder
4: (Lager-)Gehäuse
4a: „oberes" Gehäuseteil
4b: „unteres" Gehäuseteil
6: Hydraulik-Volumen
8: Gummifeder, Tragfeder, Lagerfeder
10: Ausgleichsmembran, Rollmembran
12: Trennwand, Trennplatte, Drosselplatte
14: Arbeitskammer
16: Ausgleichskammer
18: Überströmkanal, Drosselkanal, Ringkanal
20: Entkopplungseinheit, Akustikfiltereinheit
22: „untere" Anschlagplatte, „unteres" Gitter, Gitter-Grundplatte
24: axial verschiebliches Element, Entkopplungselement, Entkopplungsmembran,
: Akustikmembran, Drosselmembran, Membran
26: „obere" Anschlagplatte, „oberes" Gitter, Gitter-Drosselplatte
28: Randwulst
30: Verstärkungseinlage (Randwulst)
32: Quersteg(e)
34: Verstärkungseinlage (Quersteg)
36: kritischer Drehzahlbereich

Claims

Hydrolager (2) mit einem von einem topfförmigen Gehäuse (4) umgebenen Hydraulikvolumen (6), dass „oben" durch eine aus elastomerem Material bestehende Lagerfeder (8) und „unten" durch eine Ausgleichsmembran (10) abgeschlossen und in eine Arbeits- (14) und in eine Ausgleichskammer (16) unterteilt ist, wobei die Arbeitskammer (14) und die Ausgleichskammer (16) über einen in einer Trennwand (12) befindlichen Überströmkanal (18) miteinander verbunden sind, und wobei die Trennwand (12) eine Öffnung aufweist, in die ein zwischen zwei Gitterplatten (Gitter-Grundplatte, 22, Gitter-Drosselplatte, 26) wegbegrenztes, seitlich druckdicht eingespanntes, membranartiges Entkopplungselement (24) aus flexiblem, elastischem Material eingelassen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (24) radial vorgespannt ist.
Hydrolager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (24) einen mit Verstärkungseinlage (30) versehenen Randwulst (28) aufweist.
Hydrolager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (24) mit mindestens einem Quersteg (32) versehen ist.
Hydrolager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Quersteg (32) mit einer Verstärkungseinlage (34) versehen ist.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (24) aus Gummi oder elastomerem Kunststoff besteht.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die sich aus der radialen Vorspannung und/oder Membran-Stärke und der radialen Membran-Ausdehnung und/oder der Membran-Shore-Härte ergebende Eigenfrequenz auf die Frequenz des kritischen Drehzahlbereichs (36) des dämpfend abzustützenden Kraftfahrzeugmotors abgestimmt ist.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen- und Breitenausdehnung des Entkopplungselements (24) so gewählt sind, dass sich aufgrund unterschiedlicher Längs- und Quer-Eigenfrequenzen eine „Mehrkreisigkeit" oder Breitbandigkeit bezüglich der dynamischen Steifigkeitsabsenkung ergibt.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sich die radiale Vorspannung des Entkopplungselements (24) durch einen Schrumpfprozess während des Vulkanisierens ergibt.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Entkopplungselement (24) einen Freiweg aufweist, wobei die Gittergrundplatte (22) und die Gitter-Drosselplatte (26) als wegbegrenzende Endanschläge für den Amplituden-Ausschlag dienen.