DE102008043693A1

DE102008043693A1 - Hydrolager

Info

Publication number: DE102008043693A1
Application number: DE200810043693
Authority: DE
Inventors: Roland Schall
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2008-11-13
Filing date: 2008-11-13
Publication date: 2010-05-20
Also published as: WO2010054652A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elastomeres Lager mit hydraulischer Dämpfung. Ein derartiges Lager besteht im Wesentlichen aus einem metallischen Lagerinnenteil, einem Lageraußenteil und einer zwischen dem Lagerinnenteil und dem Lageraußenteil angeordneten elastomeren Tragfeder. Innerhalb des Lagers sind mindestens zwei Kammern zur Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels angeordnet, die über einen Kanal miteinander verbunden sind. Da Kautschuke, wie Naturkautschuk oder EPDM, wie sie für die elastomere Tragfeder gattungsgemäßer Lager häufig eingesetzt werden, für Hochtemperaturanwendungen nicht stabil genug sind, werden für entsprechenden Anwendungen andere Kautschuke, nämlich insbesondere Silikonkautschuk, für die Tragfeder verwendet. Letzterer hat aber den Nachteil, dass er eine verhältnismäßig hohe Durchlässigkeit für die bisher zur Realisierung der hydraulischen Dämpfung verwendeten Dämpfungsmittel aufweist. Daher nehmen die Kammern des erfindungsgemäßen Lagers zur Vermeidung der genannten Nachteile als Dämpfungsmittel mindestens eine ionische Flüssigkeit auf.

Description

Die Erfindung betrifft ein elastomeres Lager, welches mit einer hydraulischen Dämpfung ausgestattet ist. Sie bezieht sich gleichermaßen auf vorrangig axial dämpfende Lager, wie zum Beispiel Motor- beziehungsweise Aggregatlager, und auf vorrangig radial dämpfende Lager, nämlich elastomere Buchsenlager.
Elastomere Lager bestehen im Wesentlichen aus einem metallischen Lagerinnenteil, einem zumeist ebenfalls metallischen Lageraußenteil und einer zwischen dem Lagerinnenteil und dem Lageraußenteil angeordneten elastomeren Tragfeder. Lager der genannten Art werden insbesondere im Kraftfahrzeugbau in großen Stückzahlen eingesetzt. Hier dienen sie zum Beispiel als axial wirkende Auflager zur Lagerung der Motoren oder als Buchsenlager, mit einer vorwiegend radial wirkenden Dämpfung, zur Lagerung von Teilen des Fahrwerks.
Zur Verstärkung der durch den elastomeren Lagerkörper beziehungsweise die Tragfeder bewirkten Dämpfung, aber auch zur Verbesserung der Möglichkeit, das Dämpfungsverhalten der Lager situationsbedingt anzupassen, werden die Lager teilweise mit einer hydraulischen Dämpfung ausgestattet. Dazu werden innerhalb eines Lagers mindestens zwei Kammern zur Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels angeordnet, wobei die Kammern über einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, welcher zumindest in bestimmten Betriebszuständen des Lagers einen Austausch des Dämpfungsmittels zwischen den Kammern ermöglicht. Je nach der Art der Ausbildung des Kanals kann hierdurch eine zusätzliche Dämpfung in Form einer Massedämpfung oder einer Drosseldämpfung erreicht werden. Durch die DE 10 2005 202 430 A1 wird beispielsweise ein gattungsgemäßes Motorlager offenbart. Ein elastomeres Buchsenlager mit hydraulischer Dämpfung wird beispielsweise in der DE 37 39 464 C2 beschrieben.
Für Lager der genannten Art werden in der Praxis unter anderem NR-Kautschuk (Naturkautschuk beziehungsweise Natural Rubber) oder EPDM (Ethyl-Propylen-Kautschuk beziehungsweise Ethyl Propylen M-Class Rubber) eingesetzt. Diese sind jedoch unter der Einwirkung hoher Temperaturen bis zum Beispiel 200°C nicht mehr stabil. Daher wird für Lager, die bei höheren Temperaturen zum Einsatz kommen, zur Ausbildung des Lagerkörpers beziehungsweise der Tragfeder Silikonkautschuk verwendet.
Silikonkautschuk hat aber den Nachteil, dass er eine verhältnismäßig hohe Durchlässigkeit für die bisher zur Realisierung der hydraulischen Dämpfung verwendeten Dämpfungsmittel, wie zum Beispiel Glykol, aufweist. Zudem macht sich diese Eigenschaft des Silikonkautschuks insbesondere beim Auftreten hoher Betriebstemperaturen nachteilig bemerkbar. Dabei führt die Durchlässigkeit des Silikonkautschuks für die eingesetzten Hydraulikflüssigkeiten dazu, dass das Dämpfungsmittel nach und nach aus dem Lager entweicht und schließlich die hydraulische Dämpfungsfunktion durch das Lager nicht mehr erfüllt wird. Um dies zu vermeiden, werden daher nach dem Stand der Technik zusätzliche Bauteile, wie insbesondere spezielle Membranen in das Lager eingefügt, welche eine Abschottung des Silikonkautschuks gegenüber dem Hydraulikmittel bewirken sollen. Hierdurch erhöhen sich aber in nachteiliger Weise der konstruktive
Aufwand und die Materialkosten für die Herstellung der Lager. Zur Überwindung dieses Problems wurde die Verwendung von Flüssigkeiten mit einem niedrigen Dampfdruck erprobt. Hierbei traten auch unter Verzicht auf konstruktive Maßnahmen, wie die Anordnung einer zusätzlichen Membran, nur geringe Dämpfungsmittelverluste innerhalb längerer Zeiträume auf. Jedoch bildet sich bei der Verwendung von Flüssigkeiten mit einem niedrigen Dampfdruck durch Diffusion ein unerwünschter Flüssigkeitsfilm auf der Oberfläche der Lager aus.
Aus der EP 01 83 375 A2 ist ein für den Einsatz in Flugzeugen vorgesehenes Hydrolager bekannt, dessen elastomerer Lagerkörper aus Polytetrafluoroethylen (PTFE) besteht, wobei dem PTFE bei der Herstellung des Lagerkörpers eine ionische Flüssigkeit zugesetzt wird, um die Widerstandsfähigkeit des Lagers insbesondere gegenüber durch Kavitation verursachte Erosion zu erhöhen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein elastisches Lager mit hydraulischer Dämpfung so auszubilden, dass trotz eines einfachen Aufbaus des Hydrolagers das Austreten beziehungsweise der Verlust von Dämpfungsmittel beim Betrieb auch unter hohen Temperaturen zuverlässig verhindert werden.
Die Aufgabe wird durch ein Hydrolager mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Vorteilhafte Aus- beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Unteransprüche gegeben.
Das erfindungsgemäße Hydrolager besteht, wie grundsätzlich bekannt, aus einem metallischen Lagerinnenteil, einem vorzugsweise ebenfalls metallischen Lageraußenteil und einer zwischen dem Lagerinnenteil und dem Lageraußenteil angeordneten elastomeren Tragfeder. Das Hydrolager weist mindestens zwei Kammern zur Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels auf. Je nach Konzeption und Einsatzfall des Lagers sind die vorgenannten Kammern zumindest in einem bestimmungsgemäßen Betriebszustand des Lagers strömungsleitend miteinander verbunden.
Erfindungsgemäß nehmen die Kammern als Dämpfungsmittel mindestens eine ionische Flüssigkeit auf. Die Erfindung macht es sich insoweit zunutze, dass ionische Flüssigkeiten aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks eine sehr geringe Neigung zur Diffusion in beziehungsweise durch das Elastomer des Lagerkörpers zeigen. Zudem erweist sich der Einsatz der ionischen Flüssigkeiten wegen ihrer Tieftemperatureigenschaften und ihres extrem hohen Siede- beziehungsweise Setzungspunktes insbesondere bei Hochtemperaturanwendungen als sehr vorteilhaft. Durch die Verwendung ionischer Flüssigkeiten als Dämpfungsmittel ist es möglich, Hydrolager mit einem sehr einfachen Aufbau zu realisieren, da insbesondere auf Membranen oder ähnliche Mittel zur Diffusionsverhinderung verzichtet werden kann. Die ionischen Flüssigkeiten zeigen dabei eine derartig geringe Diffusionsneigung, dass es auch nicht zu einer unerwünschten Bildung eines Flüssigkeitsfilms beziehungsweise Schmierfilms auf der Lageroberfläche kommt.
Die elastomere Tragfeder des erfindungsgemäßen Hydrolagers besteht vorzugsweise aus Silikonkautschuk (VMQ). Als im Sinne der Erfindung geeignete Dämpfungsmittel haben sich in Versuchen 1-Ethyl-3-methyl imidazolium ethylsulfat und 1-Ethyl-3-methyl imidazolium thiocyanat erwiesen. Selbstverständlich kommt auch die Verwendung anderer vergleichbarer ionischer Flüssigkeiten in Betracht. Zudem ist es denkbar, als Dämpfungsmittel ein Gemisch aus verschiedenen ionischen Flüssigkeiten einzusetzen. Für das Lagerinnenteil empfiehlt sich in diesem Zusammenhang die Verwendung von Aluminium, da es sich gezeigt hat, dass Stahl teilweise durch die ionischen Flüssigkeiten angegriffen wird.
Gemäß einer praxisgerechten Ausbildungsform ist das erfindungsgemäße Hydrolager als ein Buchsenlager ausgebildet, bei dem ein die Tragfeder ausbildender elastomerer Lagerkörper durch Vulkanisation mit dem metallischen Innenteil verbunden ist. Die das Dämpfungsmittel in Form einer ionischen Flüssigkeit aufnehmenden Kammern eines solchen Lagers sind durch einen in dem Lagerkörper selbst oder in einem ihn umgebenden Käfigteil angeordneten, als Massedämpfungskanal oder Drosselkanal ausgebildeten Kanal miteinander verbunden.
Entsprechend einer anderen Ausbildungsform ist das erfindungsgemäße Lager als ein Motorlager mit einer zwischen einer oberen Kammer für das Dämpfungsmittel und einer unteren Ausgleichskammer angeordneten Düsenplatte ausgebildet.
Aspekte der Erfindung sollen nachfolgend anhand von Zeichnungen nochmals erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1: einen Probekörper zur Durchführung von Diffusionsversuchen
2: das mittels des Probekörpers ermittelte Diffusionsverhalten unterschiedlicher Dämpfungsmittel
Zur Ermittlung geeigneter Dämpfungsmittel wurden mittels eines Probekörpers Diffusionsversuche unternommen. Hierbei konnte gezeigt werden, dass sich wie bereits dargestellt, insbesondere 1-Ethyl-3-methyl imidazolium ethylsulfat und 1-Ethyl-3-methyl imidazolium thiocyanat gut als Dämpfungsmittel eignen. Dazu wurde das topfförmige Unterteil 2 eines hinsichtlich seiner Geometrie einem Lager ähnlichen Probekörpers 1, wie er in der 1 gezeigt ist, mit jeweils unterschiedlichen Dämpfungsmitteln befüllt und das Unterteil 2 mit einer elastomeren Membran 3 verschlossen. Für die Membran wurde ein Silikonkautschuk verwendet, wie er auch in Elastomerlagern zur Ausbildung der Tragfeder eingesetzt wird. Das Unterteil 2 des Probekörpers 1 besteht aus Aluminium. In einem Beobachtungszeitraum von mehreren Stunden wurde der Probekörper 1 wiederholt gewogen und ausgehend von dem dabei festgestellten allmählichen Masseverlust über die bekannte Dichte des jeweils überprüften Dämpfungsmittels der Volumenverlust ermittelt. Dabei wurden für den Volumenverlust über der Zeit die in der 2 gezeigten Kurven ermittelt. Es konnte, wie aus der 2 ersichtlich, gezeigt werden, dass der Volumenverlust ionischer Flüssigkeiten aufgrund von Diffusion durch die Membran 3 des Probekörpers 1 deutlich geringer ist als der von beispielsweise Glykol, welches in elastomeren Lagern mit hydraulischer Dämpfung bislang häufig als Dämpfungsmittel eingesetzt wird. Neben dem Diffusionsverhalten von Glykol gibt dabei die 2 das Diffusionsverhalten der beiden bereits genannten ionischen Flüssigkeiten 1-Ethyl-3-methyl imidazolium ethylsulfat und 1-Ethyl-3-methyl imidazolium thiocyanat wieder.

1: Probekörper
2: Unterteil
3: Membran

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102005202430 A1 [0003]
- DE 3739464 C2 [0003]
- EP 0183375 A2 [0007]

Claims

Hydrolager, bestehend aus einem metallischen Lagerinnenteil, einem Lageraußenteil und einer zwischen dem Lagerinnenteil und dem Lageraußenteil angeordneten elastomeren Tragfeder und mit mindestens zwei Kammern zur Aufnahme eines fluiden Dämpfungsmittels, wobei die Kammern zumindest in einem Betriebszustand des bestimmungsgemäß eingebauten Hydrolagers strömungsleitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammern als Dämpfungsmittel mindestens eine ionische Flüssigkeit aufnehmen.
Hydrolager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elastomere Tragfeder aus Silikonkautschuk (VMQ) besteht.
Hydrolager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses 1-Ethyl-3-methyl imidazolium ethylsulfat als Dämpfungsmittel enthält.
Hydrolager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses 1-Ethyl-3-methyl imidazolium thiocyanat als Dämpfungsmittel enthält.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dämpfungsmittel aus einem Gemisch ionischer Flüssigkeiten besteht.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagerinnenteil aus Aluminium besteht.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrolager als ein Buchsenlager ausgebildet ist, bei dem ein die Tragfeder ausbildender elastomerer Lagerkörper durch Vulkanisation mit dem metallischen Lagerinnenteil verbunden ist und die Kammern durch einen als Massedämpfungskanal oder Drosselkanal ausgebildeten Kanal miteinander verbunden sind.
Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Hydrolager als ein Motorlager mit einer zwischen einer oberen Kammer und einer unteren Ausgleichskammer angeordneten Düsenplatte ausgebildet ist.