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Die Erfindung betrifft ein Lagerelement mit einem unidirektional wirksamen Reibungsdämpfer und einer Anbindung zur Umsetzung von dreidimensionalen Bewegungen eines zu lagernden Gegenstandes in die unidirektionale Bewegung des Reibungsdämpfers.
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Derartige Lagerelemente dienen vorzugsweise dazu, einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges in dessen Karosserie so zu lagern, dass die durch die dreidimensionalen Bewegungen des Motors bewirkten Erschütterungen und/oder Geräusche nicht auf den Fahrzeugaufbau und den Fahrgastraum übertragen werden. Dazu bedient man sich neben rein gummielastischer Elemente zunehmend auch hydraulisch gedämpfter Lager.
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Die
DE 41 41 332 A1 beschreibt ein solches Lager mit einer hydraulischen Dämpfung, welches ein topfförmiges Gehäuse umfaßt, das mit einem ringförmigen Federelement aus elastomerem Werkstoff verschlossen ist. Im Inneren dieses Lagers werden von Aussen aufgebrachte Schwingungen auf eine Flüssigkeit übertragen, die von einer Membran in zwei Teilmengen aufgeteilt ist, wobei die eine Teilmenge nur durch eine Durchtrittsöffnung in der Membran mit der anderen Teilmenge in Wirkverbindung treten kann.
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Dieses Lager hat jedoch wie alle bekannten hydraulisch gedämpften Lager den Nachteil, dass die Masse des Lagers wegen der für die Dämpfung notwendige Flüssigkeitsmenge größer ist als bei reibungsgedämpften Lagern.
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Die
DE 38 41 194 C2 beschreibt ein Lager mit einem mechanisch wirkenden Dämpfer, welches für die Federung eines Fahrzeuges gegen seine Achsen eingesetzt wird. Dieses Lager umfasst neben dem mechanischen Dämpfer mindestens eine Anbindung, die ein kugelförmiges Innenteil und einen mit Flüssigkeit gefüllten Hohlraum aufweist, wobei dieser Hohlraum durch das Innenteil, ein metallisches, vom Innenteil beabstandetes Außenteil und ein ringförmiges Gummiteil gebildet wird und das ringförmige Gummiteil im unteren Bereich der Anbindung sowohl am Innenteil als auch am Außenteil flüssigkeitsdicht anvulkanisiert ist. Eine auf das Außenteil eingeleitete Kraft wird im Wesentlichen über die Flüssigkeit auf das Innenteil übertragen, wobei eine gewisse kardanische Beweglichkeit zwischen Innen- und Außenteil gegeben ist.
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Diese Lösung hat den Nachteil, dass ein solcher Dämpfer nur Bewegungen in einer Richtung zuläßt und deshalb zur Entkoppelung von Querbewegungen und -kräften des zu lagernden Gegenstandes zwei derartige Anbindungen, nämlich am oberen und am unteren Ende des Dämpfers notwendig sind. Dies erhöht nicht nur die Kosten, sondern häufig ist auch der Bauraum für ein derartig lang bauendes Lager bei einer Motorlagerung nicht vorhanden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lagerelement der eingangs geschilderten Art zu schaffen, welches den Einsatz eines einfach zu steuernden Reibungsdämpfers durch eine Anbindung ermöglicht, die spielfrei und mit geringem Aufwand bei geringer Bauhöhe die dreidimensionalen Eingangsbewegungen des zu lagernden Gegenstandes in eine unidirektionale, der Wirkung des Reibungsdämpfers entsprechende Richtung umsetzt.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Anbindung durch eine flüssigkeitsdichte Hydraulikkammer erfolgt, die zwischen einer oberen Befestigung und dem Reibungsdämpfer angeordnet ist.
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Die Hydraulikkammer besteht aus einem oberen ringförmigen Tragfederelement aus polymerem Werkstoff und einer elastischen, annähernd undehnbaren, vorzugsweise mit Gewebe verstärkten unteren Membran, wobei die Membran und das Federelement in ihrem Randbereich fest und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden und in einem topfförmigen Gehäuse angeordnet sind und die Hydraulikkammer fest an den im unteren, unterhalb der Membran im flüssigkeitsfreien Bereich des topfförmigen Gehäuses angeordneten Reibungsdämpfer angebunden ist.
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In einer alternativen Ausführungsform ist die Hydraulikkammer aus einem oberen ringförmigen Tragfederelement und einem unteren Tragfederelement jeweils aus polymerem Werkstoff gebildet, wobei das obere Tragfederelement und das untere Tragfederelement in ihrem Randbereich fest und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden und in einem topfförmigen Gehäuse angeordnet sind und die Hydraulikkammer über das untere Tragfederelement fest an den im unteren, unterhalb des unteren Tragfederelementes im flüssigkeitsfreien Bereich des topfförmigen Gehäuses angeordneten Reibungsdämpfer angebunden ist.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Reibungsdämpfer als aktiver Reibungsdämpfer mit einem Stellglied ausgeführt, wobei das Stellglied durch eine externe Regeleinrichtung angesteuert wird.
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Die Verwendung eines Reibungsdämpfers hat den Vorteil, dass nur eine geringe Flüssigkeitsmenge im Lagerelement erforderlich ist und eine einfache und schnelle Regelung des Dämpfungsverhaltens des Reibungsdämpfers und damit des gesamten Lagerelementes, z. B. durch elektrisch/elektronische Stellglieder möglich ist. Damit kann das Dämpfungsverhalten des Lagerelementes schnell den unterschiedlichen Fahr- und Beschleunigungszuständen eines Fahrzeuges angepasst werden.
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Die Anbindung einer hydraulischen Kammer an den Reibungsdämpfer hat den Vorteil, dass alle dreidimensional wirkenden Kräfte und die daraus resultierenden Bewegungen des zu lagernden Gegenstandes in der hydraulischen Kammer aufgenommen werden. Da die Membran annähernd undehnbar ausgeführt ist, überträgt sich der dabei entstehende hydraulische Druck in der Kammer auf den Reibungsdämpfer. Die Bewegungen des zu lagernden Gegenstandes werden also so umgesetzt, dass der Reibungsdämpfer alle Kräfte und Bewegungen in seiner Wirkrichtung aufnimmt. Außerdem kann die Anbindung an den zu lagernden Gegenstand vorteilhafterweise spielfrei erfolgen.
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Im Unterschied zu einer elastischen Membran, die annähernd biegeschlaff ist, weist das untere Tragfederelement eine deutliche Steifigkeit auf. Das hat zum einen den Vorteil, dass das Tragfederelement die Rückstellung des Reibungsdämpfers nach Einfederung unterstützt, zum anderen, dass durch entsprechende Einstellung des Reibungsdämpfers auch die Steifigkeit des Lagerelementes beeinflussbar ist.
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Anhand der Zeichnung werden nachstehend zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt
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1 ein Lagerelement mit hydraulisch angebundenem Reibungsdämpfer und gewebeverstärkter Membran als unterer Hydraulikkammer-Abschluß,
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2 ein Lagerelement mit hydraulisch angebundenem Reibungsdämpfer und einem Tragfederelement aus Gummi als unterer Hydraulikkammer-Abschluß.
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1 zeigt ein Lagerelement 1, das eine Tragfeder 2 aus Gummi mit einem Stützmantel 2a mit Bördelrand 2b aufweist, die an einem Befestigungskopf 3 aus einem Vulkanisationskörper 3a und einem Befestigungsbolzen 3b anvulkanisiert ist. Mit diesem Befestigungsbolzen 3b kann das Lagerelement 1 z. B. an einem hier nicht gezeigten Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges fest angeschraubt werden. Das Lagerelement 1 weist weiterhin eine ringförmige, gewebeverstärkte Membran 4 auf, die an einer zentralen, starren Metallplatte 5 flüssigkeitsdicht befestigt ist, z. B. durch Vulkanisation, und annähernd undehnbar ist. Die Tragfeder 2 und die Membran 4 sind im Randbereich von einem topfförmigen Metallgehäuse 6 umfaßt, wobei das Metallgehäuse 6 durch Umbördeln die Membran 4 und den Bördelrand des Stützmantels 2a der Tragfeder 2 fest und flüssigkeitsdicht verpresst.
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Zwischen der Tragfeder 2 einerseits und der Membran 4 und der daran befestigten zentralen Platte 5 wird ein dichter Hohlraum 7 gebildet, der mit einer Flüssigkeit 8 annähernd vollständig gefüllt ist. Die Tragfeder 2 mit Befestigungskopf 3, die Membran 4, die zentrale Platte 5, der Hohlraum 7 und die Flüssigkeit 8 bilden die hydraulisch Anbindung 1a des Lagerelementes 1.
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An der zentralen Platte 5 ist fest und starr ein Reibungsdämpfer 9 mit seinem oberen Ende befestigt, der sich mit seinem unteren Ende gegen den Boden des topfförmigen Gehäuses abstützt. Der Reibungsdämpfer 9 weist einen zylindrischen Mantel 9a und einen Kolben 9b mit Kolbenstange 9c auf, wobei der Kolben 9b mit der Innenwand des zylindrischen Mantels 9a eine Reibpaarung bildet, die bei Relativbewegung von Kolben 9b und zylindrischem Mantel 9a eine Reibkraft erzeugt, die der Relativbewegung entgegenwirkt und über die Kolbenstange 9c auf das Lagerelement übertragen wird. Dadurch wird die Relativbewegung gedämpft. Die Einzelteile des Reibungsdämpfers 9 sind in der Zeichnung zugunsten der Übersichtlichkeit nicht gezeigt. Am Boden des topfförmigen Gehäuses 6 ist an dessen Aussenseite ein Bolzen 10 angebracht, mit dem das Lagerelement 1 fest z. B. an der hier nicht gezeigten Karosserie eines Kraftfahrzeugs anschraubbar ist. Der vom topfförmigen Gehäuse 6 und der Membran 4 mit der Platte 5 gebildete Hohlraum 11 ist flüssigkeitsfrei und gegen die Umgebung offen, so dass ein Druckaustausch zwischen dem Hohlraum 11 und der Umgebung stattfinden kann.
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Bewegt sich der an Bolzen 3b angeschraubte Motor in beliebiger Richtung, werden diese Bewegungen über die Tragfeder 2 auf die im Hohlraum 7 befindliche Flüssigkeit 8 übertragen. Die sie daraus im Hohlraum 7 ergebenden Druckänderungen werden auf die Membran 4 und die starre Platte 5 weitergegeben, wobei sich die Platte 5 nur in der Wirkrichtung des Reibungsdämpfers 9 bewegt. Diese Bewegungen werden durch den Reibungsdämpfer 9 in beschriebener Weise gedämpft, wobei diese Dämpfung in umgekehrter Richtung vorteilhaft auf den zu lagernden Gegenstand zurückwirkt.
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2 zeigt ein Lagerelement 1' wie aus 1, jedoch ist hier die untere, gewebeverstärkte Membran 4 durch ein Tragfederelement 12 aus Gummi ersetzt. Das Tragfederelement 12 ist am äußeren Rand an einen ringförmigen Metallkörper 13 anvulkanisiert, der mit dem Stützmantel 2a der oberen Tragfeder 2 durch Umbördeln des Metallgehäuses 6 flüssigkeitsdicht verpresst und fest im Metallgehäuse 6 verankert ist. Das Tragfederelement 12 ist an einer Metallhülse 14 anvulkanisiert, mit der die feste Verbindung zwischen Reibungsdämpfer 9 und unterem Tragfederelement 12 hergestellt ist
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Analog zum Lagerelement 1 aus 1 werden die Bewegungen des an den Bolzen 3a angeschraubten, hier nicht gezeigten Motors über das Tragfederelement 2 auf die im Hohlraum 7 befindliche Flüssigkeit 8 und dadurch auf das untere Tragfederelement 12 und den Reibungsdämpfer 9 übertragen. Durch die gegenüber der Membran 4 deutlich höhere Steifigkeit des unteren Tragfederelementes 12 kann das Lagerelement Kräfte auch in Ausfederungsrichtung aufnehmen. Zusätzlich ist die Rückstellkraft am Dämpfer 9 bei Entlastung des Lagerelementes 1' höher als bei Verwendung einer Membran 4.
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Bei Ausfederung des Tragfederelementes 2 entsteht ein geringerer Unterdruck in der Hydraulikkammer 7 als mit Membran 4, da die Kräfte des unteren Tragfederelement 12 in Ausfederungsrichtung wirksam sind. Ein eventuelles Umklappen der Tragfeder 12 in die Hydraulikkammer 7, wie es bei Verwendung der Membran 4 auftreten kann, ist durch die höhere Steifigkeit ebenfalls ausgeschlossen.
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Weist der Reibungsdämpfer 9 nur geringe Dämpfungswirkung auf, ist die Steifigkeit des Lagerelementes 1 in etwa so groß wie die Summe der Eigensteifigkeiten der Tragfederelemente 2 und 12. Ist dagegen der Reibungsdämpfer 9 sehr stramm oder sogar festgestellt, ist die Bewegung des unteren Tragfederelementes beschränkt auf den ringförmigen Bereich zwischen der Metallhülse 14 und dem ringförmigen Metallkörper 13, der fest im Metallgehäuse 6 angebracht ist. Dadurch sind nur noch sehr geringe Bewegungen des unteren Tragfederelementes 12 möglich, wodurch eine sehr hohe Steifigkeit des Lagerelementes 1' erreichbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Lagerelement
- 1a
- Anbindung
- 2
- Tragfeder aus Gummi
- 2a
- Stützmantel
- 2b
- Bördelrand
- 3
- Befestigungskopf, anvulkanisiert
- 3a
- Vulkanisationskörper
- 3b
- Befestigungsbolzen
- 4
- gewebeverstärkte Membran
- 5
- starre Metallplatte
- 6
- topfförmiges Metallgehäuse
- 7
- Hohlraum für Flüssigkeit, Hydraulikkammer
- 8
- Flüssigkeit
- 9
- Reibungsdämpfer
- 10
- Befestigungsbolzen
- 11
- Hohlraum
- 12
- unteres Tragfederelement
- 13
- ringförmiger Metallkörper
- 14
- Metallhülse
