DE102010021193A1

DE102010021193A1 - Trennwand für ein Hydrolager

Info

Publication number: DE102010021193A1
Application number: DE102010021193A
Authority: DE
Inventors: Patrick Scheib; Peter Farrenkopf; Kurt Stein; Wolfgang Beckmann
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2010-05-21
Filing date: 2010-05-21
Publication date: 2011-11-24
Anticipated expiration: 2030-05-22
Also published as: EP2388495A2; EP2388495B1; EP2388495A3; DE102010021193B4

Abstract

Trennwand (2) für ein Hydrolager (1) mit einer Tragfeder (3) aus einem Elastomer zwischen einem Traglager (4) und einem Auflager (5), einer Arbeitskammer (6) und einer Ausgleichskammer (7), welche durch die Trennwand aus zwei starren Düsenscheiben (9, 10) mit dazwischen eingefügter biegeweicher elastischen Membran (14) voneinander getrennt sind, wobei die Kammern (6, 7) hydraulisch über einen Dämpfungskanal (11) miteinander verbunden sind, wobei die Membran (14) zwischen den Düsenscheiben (9, 10) in vorgegebenen Bereichen (16) verklemmt und in zu den vorgegebenen verklemmten Bereichen (16) benachbarten Bereichen (17) mit axialem Spiel (27) angeordnet ist.

Description

Hydraulisch dämpfende Lager für Getriebe und Motoren sind weit verbreitet. Der Grundaufbau solcher Hydrolager besteht aus einer Tragfeder aus einem Elastomer, die zwischen einem Traglager und einem Auflager angebracht ist. Die hydraulische Flüssigkeit wird in zwei Kammern untergebracht und zwar in einer Arbeitskammer und einer Ausgleichskammer, die durch eine Trennwand aus zwei starren Düsenscheiben mit dazwischen eingefügter biegeweicher elastischen Membran voneinander getrennt sind. Die hydraulische Verbindung der Kammern wird durch einen Dämpfungskanal hergestellt, der eine dämpfende Wirkung hat. Schwingungen mit großer Amplitude und geringer Frequenz werden durch den Kanal gedämpft. Die zwischen den Düsenscheiben eingesetzte Membran dient ihrerseits zur Isolierung hochfrequenter kleinamplitudiger Schwingungen. Dabei nimmt die Membran die eingeleiteten Schwingungen geringer Amplitude so auf, dass der Dämpfungskanal bei diesen Amplituden und Frequenzen nicht wirksam wird. Hierfür kann die Membran entkoppelt mit Spiel axial beweglich zwischen den Düsenscheiben angeordnet werden oder auch an ihren Rändern eingespannt werden. Bei der ersten Ausführungsform ist die Abdichtung der Membran an ihren Rändern problematisch. Auch ist eine starke Abhängigkeit der Funktionswerte wie dynamische Steifigkeit und Verlustwinkel vom vorhandenen Membranspiel zwischen der Membrane und der Düsenplatten vorhanden. Die Toleranzen liegen hier im 1/100 Millimeterbereich. Diese Toleranzen erfordern eine hohe Fertigungsgenauigkeit, die mit großen Kosten verbunden ist. Darüber hinaus ist es sehr schwer diese Toleranzen wirtschaftlich in Großserien zu realisieren. Dieses führt insbesondere zu Problemen wenn aus Kostengründen die Düsenscheiben aus einem Kunststoff hergestellt werden sollen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Möglichkeit zu finden, mit der eine optimale Isolierung der eingeleiteten Schwingungen mit einer kleinen Amplitude kostengünstig erreichbar ist, wobei gleichzeitig die Toleranzwerte der Funktionswerte der dynamischen Steifigkeit und des Verlustwinkels nicht überschritten werden. Die Lösung soll kostengünstig sein und in einem weiten Anwendungsbereich eingesetzt werden können.
Die gestellte Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 17 stellen vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens dar.
In durchgeführten Versuchen zeigte sich, dass eine Aufteilung der Membran in geklemmte und entkoppelte Bereiche überraschenderweise hohe Fertigungstoleranzen zulässt, wobei gleichzeitig die Toleranzen bei der dynamischen Steifigkeit und dem Verlustwinkel eingehalten sind. Die Trennwand wird mit Düsenscheiben versehen, welche so ausgestaltet sind, dass die Membran in zueinander benachbarten Bereichen einmal geklemmt und einmal entkoppelt ist. Die geklemmten beziehungsweise die entkoppelten Bereiche werden durch Kreissektoren an mindestens einer der Düsenscheiben dargestellt. Die Entkoppelung wird dabei durch Vertiefungen in der Wand wenigstens einer der Düsenscheiben gebildet. Diese Vertiefungen sind auf der Innenseite der Düsenscheibe beziehungsweise der Düsenscheiben angebracht. Dabei können die Düsenscheiben auch aus Kunststoff bestehen.
Bevorzugt werden die entkoppelten Bereiche an zwei sich radial gegenüberliegenden Kreissektoren der Trennwand durch die genannten Vertiefungen in wenigstens einer Düsenscheibe hergestellt. Diese Kreissektoren mit den Vertiefungen haben bevorzugt jeweils einen Winkel von 60 Grad.
Die Düsen an den Düsenscheiben können sehr unterschiedliche Formen haben, bevorzugt sind sie jedoch kreisförmig angeordnet und zueinander fluchtend ausgerichtet. Die Ausbildung des Dämpfungskanals erfolgt in bekannterweise, indem der Kanal im Außenrand der Trennwand angeordnet wird. Die in der betreffenden Düsenscheibe angebrachten Abflachungen werden durch Stege vom Dämpfungskanal getrennt.
Die neue Trennwand eignet sich auch sehr gut für die Verwendung in einem schaltbaren Hydrolager, bei dem in der Mitte der Trennwand eine verschließbare Öffnung vorhanden ist. Die Düsenscheiben sind hier ringförmig ausgebildet ebenso die dazwischen eingesetzte Membrane.
Die erfindungsgemäße Trennwand kann in allen üblichen Hydrolagern eingesetzt werden. Dabei können die Düsenscheiben aus verschiedenen Materialien bestehen, was auch auf die Membran zutrifft. Bevorzugt wird die Membran jedoch biegeweich ausgestaltet. Ganz allgemein ist eine Klemmung der Membran im Verhältnis 1:5 bis 1:7 vorgesehen. Die Entkopplung der Membran auch als Freigang bezeichnet, wird im Verhältnis 1:12 bis 1:3 vorgenommen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert:
Es zeigt
1 einen Schnitt durch ein schaltbares Hydrolager mit Trennwand,
2 eine Draufsicht auf die Innenseite der oberen Düsenscheibe,
3 eine Draufsicht auf die Innenseite der unteren Düsenscheibe,
4 einen Schnitt durch die Trennwand gemäß der Linie A-A der 1,
5 und 6 vergrößerte Schnitte der linken und der rechten Seite nach der 3 und
die 7 und 8 Diagramme mit dem Verlauf der dynamischen Steifigkeit im vorgegebenen Frequenzbereich.
Ausführung der Erfindung
In dem nachfolgenden Beispiel wird in der 1 lediglich der prinzipielle Aufbau eines schaltbaren Hydrolagers gezeigt. Zum generellen Aufbau eines Hydrolagers mit Trennwand wird auf die EP 0040290 A2 und auch die DE 41 41 332 C2 verwiesen. Die erst genannte Schrift zeigt ein entkoppeltes Hydrolager während die zweit genannte Schrift ein schaltbares Hydrolager zum Inhalt hat. Der grundsätzliche Aufbau eines solchen Hydrolagers enthält eine Tragfeder aus einem Elastomer, die zwischen einem Traglager und einem Auflager angeordnet ist. Zwischen Tragfeder und Trennwand befindet sich die Arbeitskammer. Unterhalb der Trennwand ist die Ausgleichskammer vorhanden, welche durch einen Rollbalg abgeschlossen wird. Die Trennwand besteht aus zwei starren Düsenscheiben, zwischen die eine elastische Membran eingelegt ist. Die hydraulischen Verbindung der Kammern erfolgt über einen Dämpfungskanal der in der Trennwand angeordnet ist. Die Membran ist entweder frei mit Spiel axial beweglich zwischen den Düsenplatten angeordnet oder an ihren Rändern von den Düsenplatten verklemmt. Die Wirkungsweise der Trennwand mit der Membran wird mit der Wirkungsweise des Dämpfungskanals so abgestimmt, dass bei Schwingungen mit geringer Amplitude eine hydraulische Entkopplung des Dämpfungskanals erfolgt. Hierfür sind jeweils sehr genaue Abstimmungen zwischen der Membranbewegung und dem Durchmesser beziehungsweise Länge des Dämpfungskanals erforderlich. Hierfür sind außerordentlich hohe Fertigungstoleranzen einzuhalten.
Die Trennwand nach der Erfindung hat einen Aufbau, welcher das Fertigungstoleranzfeld vergrößert ohne dass die geforderten Funktionstoleranzen beeinträchtigt werden. Dies wird dadurch erreicht, dass die zwischen die Düsenscheiben eingesetzte Membran in vorgegebenen Bereichen geklemmt und in dazu benachbarten Bereichen entklemmt ist. Dieses wird bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch erreicht, dass die Düsenscheiben mit klemmenden und mit nicht-klemmenden Bereichen mit Spiel versehen sind.
In der 1 ist ein schaltbares Hydrolager schematisch dargestellt, dass mit der Trennwand 2 versehen ist. Das Hydrolager 1 hat die Tragfeder 3 die im vorliegenden Beispiel aus einer Innenfeder und einer Aussenfeder 31 und 32 besteht. Die Tragfeder 3 ist rotationassymetrisch angeordnet und besteht aus einem Elastomer. Oberhalb der Tragfeder 3 befindet sich das Traglager 4 und am unteren Ende das Auflager 5. Zwischen der Tragfeder 3 und der Trennwand 2 befindet sich die Arbeitskammer 6. Unterhalb der Trennwand 2 ist die Ausgleichskammer 7. Die Ausgleichskammer 7 wird von dem Rollbalg 8 abgeschlossen. Die Trennwand 2 besteht aus der oberen Düsenscheibe 9 und der unteren Düsenscheibe 10. Im äußeren Rand der Trennwand 2 ist der Dämpfungskanal 11 untergebracht. Zwischen den Düsenscheiben 9 und 10 befindet sich im Bereich der Düsen 12 und 13 die Membrane 14. In der Mitte der Trennwand 2 ist die Öffnung 15 vorhanden, die je nach Betriebszustand geöffnet oder geschlossen ist. Für den Schließvorgang sind unterschiedliche Einrichtungen angewendet, die im vorliegenden Beispiel nicht näher gezeichnet sind. Die Öffnung 15 funktioniert im Leerlauf als zusätzlicher Tilgerkanal, der auf die kritische Leerlauffrequenz abgestimmt ist. Gemäß der Erfindung wird die Membran 14 zwischen den Düsenscheiben 9, 10 in vorgegebenen Bereichen geklemmt und in zu den vorgegebenen geklemmten Bereichen benachbarten Bereichen mit axialem Spiel angeordnet. Der in der Figur gezeigte Schnitt durch das Hydrolager 1 ist so gelegt, dass die Membran 14 auf der rechten Seite der Figur geklemmt ist, während auf der linken Seite der Figur die Membran 14 in einem Bereich mit axialem Spiel liegt.
In der 2 ist die Innenansicht der oberen Düsenscheibe 9 wiedergegeben. Die Linie A-A in der 2 gibt den Schnitt an, wie er in der 1 gezeigt ist. Die geklemmten Bereiche 16 und die mit Spiel versehenen Bereiche 17 sind gegenüberliegend angeordnet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind zwei geklemmte Bereiche 16 und zwei mit Spiel versehene Bereiche 17 vorgesehen. Die Bereiche 16 und 17 sind als Kreissektoren ausgebildet. Dabei umfassen die geklemmten Bereiche 16 mindestens den äußeren Rand der Membran 14 und die zwischen dem Randsektor und der Öffnung 15 liegenden Flächen 18. Die Bereiche 17 mit Spiel, werden durch Ausnehmungen in der Form von Abflachungen auf der Innenseite in der Wand der Düsenscheibe 9 gebildet.
Diese Düsenscheibe 9 ist zur Arbeitskammer 6 gerichtet. Im Ausführungsbeispiel beträgt der Sektorwinkel α für die Bereiche 17 mit Spiel 80°. Auf dem Umfang der Trennwand 2 sind gleichmäßig verteilt auf jeder Düsenscheibe 9, 10, sechs Düsen 19 angebracht. Die Anzahl der Düsen 19 und auch die Größe der einzelnen Bereiche 16, 17 kann unterschiedlich sein und wird von den gewollten Frequenzen vorbestimmt.
Die 3 zeigt eine Draufsicht auf die Innenseite der unteren Düsenscheibe 10. Die Düsenscheibe 10, ist mit in einer Ebene liegenden Anlagefläche 20 versehen. Auf dieser Anlagefläche 20 liegt die Membran 14 auf. Die Membran 14 reicht dabei mit ihrem Außenrand bis an den Steg 21, welcher den Kanal 11 von der Membran 14 trennt. Die Düsen 19 liegen fluchtend zu den Düsen 19 aus der oberen Düsenscheibe 9. Mit Abstand zur Düsenöffnung 19 sind unterhalb der Düsenöffnung 19 radiale Wegbegrenzer 22 angebracht. Diese Wegbegrenzer 22 verhindern ein Herausschlüpfen und eventuelle Beschädigungen der Membran 14. Des weiteren ermöglichen die Wegbegrenzer 22 ein Einstellen des Verlustwinkels und haben einen positiven Einfluss auf mögliche Start-Stop-Geräusche.
In der 4 ist die Trennwand 2 nach 1 für sich genommen dargestellt. Auf der rechten Seite der Figur ist die Klemmung der Membrane 14 durch die Abschnitte 23 und 24 der oberen Düsenscheibe 9, siehe hierzu auch 2, sichtbar. Während die Abschnitte 25 und 26 im Bereich der Ausnehmungen 17 ein begrenztes Spiel der Membran 14 zulassen.
In den 5 und 6 sind die betreffenden Bereiche 16 und 17 vergrößert nochmals wiedergegeben. Das Spiel 27 für die Membran 14 ist hier vergrößert eingezeichnet um die axiale Beweglichkeit der Membran 14 zu veranschaulichen. Das gleiche gilt für die Klemmung durch die Abschnitte 23 und 24 der Membran 14. Ohne die Ausnehmungen 17 auf der Innenseite der oberen Düsenscheibe 9, wäre die Membran 14 von den ebenen Flächen der Düsenscheiben 9 und 10 geklemmt. Es würde sich dann um eine geklemmte Membran handeln. Wenn die Ausnehmung in den Bereichen 17, die gesamte Innenfläche der Düsenscheibe 9 umfassen würden, würde es sich um eine entkoppelte Membran handeln. Durch die versenkten Flächen in den Bereichen 17 die eben ausgebildet sind, entsteht eine semi-gekoppelte Membran die überraschenderweise bei niedrigen Fertigungstoleranzen sehr gute Funktionstoleranzen ergibt.
In den 7 und 8 sind Messergebnisse dargestellt, die aufzeigen, dass die dynamische Steifigkeit in dem vorgesehenen Frequenzbereich bei unterschiedlichen Dicken der Membran 14 in einem schmalen Zielbereich liegt. In der 8 sind die Zielbereiche für das vorgegebene Minimum 27 und den vorgegebenen nominellen Zielbereich 28 gut erreicht, unabhängig von der Membrandicke die von 2,35 mm bis 2,41 mm verändert wurde. Dabei betrug die Amplitude ±0,1 mm. Es konnte festgestellt werden, dass der Einfluss von Fertigungstoleranzen bei Düsenscheiben und Membran, sowie die Ebenheit der Düsenscheiben durch die Erfindung stark reduziert werden konnte. Es konnte auch festgestellt werden, dass die Klemmung der Membran 14 als auch das gewollte Spiel 27 der Membran 14 in größeren Bereichen zulässig ist, als das bei einer vollständig geklemmten beziehungsweise vollständig entkoppelten Membran der Fall ist. Die bevorzugten Bereiche der Verklemmung der Membran 14 in den geklemmten Bereichen 16 zur Membrandicke D ist in einem Verhältnis von 1:5 bis 1:7 möglich. Das Spiel 27 der Membran 14 in den Bereichen mit dem Spiel 27 zur Membrandicke D kann in einem Verhältnis von 1:12 bis 1:3 durchgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0040290 A2 [0017]
DE 4141332 C2 [0017]

Claims

Trennwand (2) für ein Hydrolager (1) mit einer Tragfeder (3) aus einem Elastomer zwischen einem Traglager (4) und einem Auflager (5), einer Arbeitskammer (6) und einer Ausgleichskammer (7), welche durch die Trennwand (2) aus zwei starren Düsenscheiben (9, 10) mit dazwischen eingefügter biegeweicher elastischer Membran (14) voneinander getrennt sind, wobei die Kammern (6, 7) hydraulisch über einen Dämpfungskanal (11) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (14) zwischen den Düsenscheiben (9, 10) in vorgegebenen Bereichen (16) geklemmt und in zu den vorgegebenen geklemmten Bereichen (16) benachbarten Bereichen (17) mit axialem Spiel (27) angeordnet ist.
Trennwand für ein Hydrolager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die geklemmten Bereiche (16) und die mit Spiel (27) versehenen Bereiche (17) als Kreissektoren ausgestaltet sind.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die geklemmten Bereiche (16) sektormäßig mindestens den äußeren Rand () und die zwischen dem Randsektor und der Mitte (15) der Trennwand (2) liegenden Flächen (18) der Düsenscheiben (9, 10) umfassen.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (17) mit Spiel (27) durch Ausnehmungen (17) auf der Innenseite in der Wand wenigstens einer der Düsenscheiben (9) gebildet sind.
Trennwand für ein Hydrolager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen (17) in der der Arbeitskammer (6) zugewandten Düsenscheibe (9) gebildet sind.
Trennwand für ein Hydrolager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwei sich radial gegenüber liegende Bereiche (17) mit Spiel (27) vorhanden sind.
Trennwand für ein Hydrolager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereiche (17) mit Spiel (27) einen Sektorwinkel (α) von 50° bis 90° umfassen.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmung der Membran (14) in den geklemmten Bereichen (16) zur Membrandicke (D) in einem Verhältnis von 1 zu 5 bis 1 zu 7 steht.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Spiel (27) der Membran (14) in den Bereichen (17) mit Spiel (27) zur Membrandicke (D) in einem Verhältnis von 1 zu 12 bis 1 zu 3 steht.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsen (19) in den Düsenscheiben (9, 10) fluchtend zueinander ausgerichtet sind.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (11) im äußeren Rand der Trennwand (2) angeordnet ist.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem Umfang der Trennwand (2) gleichmäßig verteilt sechs Düsen (19) angebracht sind.
Trennwand für ein Hydrolager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die der Ausgleichskammer (7) zugewandte Düsenscheibe (10) mit unterhalb der Düsen (19) radial angeordneten Wegbegrenzern (22) für die Membran (14) versehen ist.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Düsenscheiben (9, 10) aus Kunststoff besteht.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenscheiben (9, 10) ringförmig ausgebildet sind.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (14) ringförmig ausgebildet ist.
Trennwand für ein Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (2) bei einem schaltbaren Hydrolager eingesetzt ist.