DE2905090C2 - Gummilager mit hydraulischer Dämpfung - Google Patents

Gummilager mit hydraulischer Dämpfung

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Description

Die Erfindung betrifft ein Gummilager mit hydraulischer Dämpfung, bei dem eine Lagerplatte, ein Tragflansch und eine Bodenplatte untereinander jeweils durch ein ringförmig ausgebildetes Federelement aus einem gummielastischen Werkstoff verbunden sind und wobei jedes Federelement zusätzlich einen oberen und einen unteren Arbeitsraum begrenzt, die mit einer Flüssigkeit gefüllt und untereinander durch die Durchtrittsöffnung einer Trennwand verbunden sind, die aus einer durch eine elastische Aufhängung bestimmten Mittelstellung in einem Überströmkanal senkrecht gegen die ihren Dichtflächen zugeordneten Anschläge des Tragfb.nsches bewegbar ist und dabei den Überströmkanal verschließt.
Ein Gummilager dieser Art wird in DE-OS 27 27 244 beschrieben. Die Trennwand besteht aus einem zwischen zwei Dichtflächen axial beweglichen dünnen Plättchen, welches durch eine elastische Aufhängung mit dem Tragflansch verbunden ist. Es weist in der Mitte eine kallibrierte Durchtrittsöffnung für die in dem Gummilager enthaltene Flüssigkeit auf sowie eine Anzahl von auf dem Außenumfang verteilten Zacken. Zwischen diesen Zacken liegen große Aussparungen, die den Durchtritt der Flüssigkeit von der einen zu der andern Kammer erleichtern, und die dadurch dem Kolben in seinem Sitz eine größere relative Beweglichkeit verleihen. Bei der praktischen Erprobung entsprechender Gummilager hat sich nunmehr gezeigt, daß die erzielten Eigenschaften in bezug auf die Lagerung eines Kfz-Motors noch nicht befriedigend sind.
Eine Lagerung für eine Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug soll im unteren Frequenzbereich zwischen ca. 5 und 12 Hz eine möglichst hohe Dämpfung aufweisen, um die Schwingwege des Motors bei Erregung durch Fahrbahnunebenheiten möglichst klein zu halten. Sie soll im höheren Frequenzbereich ab ca. 30 Hz die vom Motor kommenden Vibrationen gut isolieren. Die erste Forderung nach einer hohen Dämpfung im unteren Frequenzbereich läßt sich mit dem vorstehend behandelten Motorlager erfüllen, während die zweite Forderung nach einer guten Isolierung von Schwingungen im höheren Frequenzbereich nur zum Teil erfüllt wird, weil eine gute Isolierung eine niedrige Federsteifigkeit, möglichst ohne jede Dämpfungswirkung, voraussetzt. Bei einer Motorlagerung gemäß DE-OS 27 27 244 ist diese Bedienung nicht erfüllt. Die Dämpfungswirkung strebt zwar bei höheren Frequenzen gegen Null, die Federsteifigkeit steigt aber mit zunehmender Frequenz an, was zu einer dynamischen Verhärtung des Gummilagers führt und damit zur Übertragung hochfrequenter Schwingungen des Motors auf die Karosserie.
Beim Schwingungstilger ist die Masse des Dämpfungskörpers so mit den elastischen Eigenschaften der
Aufhängung abgestimmt, daß die Resonanzfrequenz des aus den beiden Teilen gebildeten Systems im Bereich der zu bedämpfenden Schwingungen liegt Eine gute Wirksamkeit wird dann erreicht, wenn das Verhältnis aus der Masse des schwingenden Körpers und der Masse des Dämpfungskörpers möglich« klein ist, was sich naturgemäß in Kraftfahrzeugen nur in unzureichendem Maße realisieren läßt Die Dämpfungswirkung ist außerdem nur auf einen sehr engen Frequenzbereich beschränkt, was unzureichend ist in bezug auf das in eine ι ο Motorlagerung eingeleitete Spektrum von Schwingungen unterschiedlicher Frequenz. Es treten daneben Koppelschwingungen auf, die nur sehr schwer zu beherrschen sind. Schwingungstilger können deshalb nicht zur Lagerung des Verbrennungsmotors in einem ί5 Kraftfahrzeug verwendet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gummilager der eingangs genannten Art derart weiter zu entwickeln, daß bei höheren Frequenzen von beispielsweise mehr als 30 Hz eine nennenswerte .?< > dynamische Verhärtung des Lagers nicht auftritt, und daß im unteren Frequenzbereich gute bzw. verbesserte Dämpfungseigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Gummilager der eingangs genannten Art mit dem kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruches gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche bezug.
Die Erfindung geht aus von der Erkenntnis, daß zwischen dem die Dämpfung definierenden Verlustfok- 3« tor und der dynamischen Federsteifigkeit bei einem Gummilager der eingangs genannten Art ein unmittelbarer proportionaler Zusammenhang besteht.
In der Ruhestellung wird die Trennwand von der elastischen Aufhängung in einer Mittelstellung gehalten, Ji derart, daß der Überströmkanal geöffnet ist. Die Mittelstellung wird nicht beeinflußt durch die über die Lagerplatte statischen Kräfte, weil in den beiden Arbeitsräumen ein vollkommen ausgeglichener Druck herrscht.
Bei dynamischer Beanspruchung mit großer Amplitude von beispielsweise mehr als 0,5 mm und einer niedrigen Frequenz, baut sich beim Einfedern der Lagerplatte in dem oberen Arbeitsraum infolge des Strömungswiderstandes der Durchtrittsöffnung und des Überströmkanals ein hydraulischer Druck auf, der die Trennwand gegen den unteren Anschlag drückt. Die Flüssigkeit kann dann nur noch durch die Durchtrittsöffnung fließen, wodurch eine große Dämpfung verursacht wird. Beim Ausfedern der Lagerplatte schwingt der Kolben in Gegenrichtung gegen den oberen Anschlag, wodurch der Überströmkanal wiederum geschlossen wird entsprechend dem vorstehend angegebenen Betriebszustand mit hoher Dämpfung.
Man kann nun die elastische Nachgiebigkeit der Federelemente 13, 11 verringern, beispielsweise durch Wahl eines gummielastischen Werkstoffes mit größerer Steifigkeit, und man erhält eine Vergrößerung der Dämpfung im Bereich von Schwingungen mit einer niedrigen Frequenz und einer großen Amplitude. Die dynamische Verhärtung des Gummilagers steigt zwar ebenfalls an, das ist jedoch für den Bereich niedriger Frequenzen unerheblich.
Mit ansteigender Frequenz und kleiner werdender Amplitude wird auch der Weg kleiner, den die b5 Trennwand parallel zu eingeleiteten Schwingung infolge ihrer Massenträgheit beschreibt, und sie erreicht schließlich die Anschläge nicht mehr, sondern verharrt in der Mittelstellung. Durch die damit eintretende, zunehmende Freigabe des Überströmkanals, dessen Querschnitt wenigstens 30mal so groß ist wie der Querschnitt der Durchtrittsöffnung, tritt bei den nunmehr erreichten höheren Frequenzen ein Flüssigkeitsaustausch ohne nennenswerten Druckabfall zwischen den beiden Arbeitsräumen ein.
Mit einem Gummilager dieser Art lassen sich im Bereich großer Motorsehwingungen im unteren Frequenzbereich von ca. 5 bis 20 Hz gute Dämpfungsergebnisse erzielen, weil in diesem Bereich die elastisch aufgehängte, bewegliche Trennwand im Resonanzbereich schwingt und bereits kleine Druckänderungen in der Flüssigkeit genügen, um die Trennwand gegen ihre Anschläge zu drücken, während bei höheren Frequenzen mit kleinen Amplituden ab ca. 30 Hz eine gute Isolierung gegeben ist.
Die Länge des Durchtrittskanals kann wenigstens 50mal dem Wert des zugehörigen Durchmessers entsprechen, wodurch sich bei niedrigen Frequenzen eine deutliche Verbesserung des Dämpfungsverhaltens ohne Vergrößerung der Federsteifigkeit erzielen läßt.
Die Maßnahme wirkt sich daher positiv auf die Isolierwirkung bei hohen Frequenzen aus.
Einige beispielhafte Ausführungen des erfindungsgemäßen Gummilagers sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt
F i g. 1 ein Gummilager mit einer Trennwand in Gestalt mit einer ebenen Scheibe.
Fig.2 ein Gummilager mit einer Trennwand in Gestalt einer Membran, die im Bereich der Symmetrieachse ein Versteifungskörper mit einer Durchtrittsöffnung einvulkanisiert ist.
Fig. 3 ein Gummilager mit einer Trennwand in Gestalt einer Membran, die in der Mitte an einem Lager befestigt ist, und deren Durchtrittsöffnung aus einem spiralig gewundenen Rohr besteht.
Fig.4 einen Ausschnitt aus einem Gummilager ähnlich demjenigen nach F i g. 3, wobei der Überströmkanal und die Durchtrittsöffnung zu einer Einheit zusammengefaßt sind, dergestalt, daß die Durchtrittsöffnung aus einer oder aus mehreren sich in radialer Richtung erstreckenden Nuten besteht, die die Dichtflächen und/oder die Anschläge unterbrechen.
F i g. 5 ein Gummilager entsprechend F i g. 3, bei dem die Trennwand kreisringartig ausgebildet und einer zylindrischen Führungshülse des Tragflansches gelagert ist.
Fig. 1 zeigt ein Gummilager, bestehend aus einer Lagerplatte 7, einem Tragflansch 8 und einer Bodenplatte 2, die untereinander jeweils durch ein ringförmig ausgebildetes Federelement 13,11 aus einem gummielastischen Werkstoff verbunden sind, wobei jedes Federelement zusätzlich einen oberen 1 und einen unteren Arbeitsraum 14 begrenzt, die jeweils mit einer Flüssigkeit gefüllt und untereinander durch mehrere Durchtrittsöffnungen 4 verbunden sind. Die Durchtrittsöffnungen sind in einer als eine ebene Scheibe ausgebildeten Trennwand 3 enthalten, die durch mehrere auf dem Umfang verteilte Nocken 10 koaxial zur Symmetrieachse des Gummilagers geführt wird. Die Trennwand besteht aus Blech oder aus einem faserverstärkten Kunststoff und ist in axialer Richtung beweglich gelagert zwischen einem kreisförmig umlaufenden oberen Anschlag 17 und einem entsprechenden unteren Anschlag 6 der Lagerplatte.
Die Trennwand weist im Bereich der Anschläge jeweils eine zugeordnete, ringförmig umlaufende
DichtflächelS, 16 auf.
Infolge der Abrundung des Profils der Anschläge benötigt die Trennwand auch im Bereich der Dichtflächen keine besonders hohe Bearbeitungsgüte. Sie besteht aus einem Stanzteil aus einem handelsüblichen, flächenhaften Material.
Die Anschläge 6, 17 sind ein Bestandteil der an der. Tragflansch anvulkanisierten Federlemente. Ihre Herstellung bedarf infolgedessen keines zusätzlichen Arbeitsschrittes.
Die elastische Aufhängung 5 besteht aus beiderseits auf der Oberfläche der Trennwand aufliegenden Noppen aus einem weichelastischen Material. Ähnlich wie hinsichtlich der Anzahl der auf dem Außenumfang der Trennwand vorhandenen Führungsnocken 10 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, "venn die Anzahl der auf dem Umfang verteilten Noppenpaare auf drei beschränkt ist.
Der Tragflansch weist zwei Bohrungen 18 auf, durch die er mit dem Rahmen des Kraftfahrzeugs verschraubt werden kann. Die Lagerplatte enthält einen vorspringenden Gewindebolzen 20, mit dem der abzustützende Motor verschraubt wird.
Der Tragflansch 8 ist zweigeteilt und weist auf der Unterseite in einer ringförmigen Aussparung ein Winkelblech 21 auf, an das das untere Federlement 11 mit der Bodenplatte 2 anvulkanisiert ist. Das Winkelblech ist durch eine Umbördelung 22 mit dem Tragflansch verbunden. Die beiden Teile können auch untereinander verschraubt oder verschweißt werden.
Fig.2 zeigt ein Gummilager, bei dem das obere Federelement 13 radial außerhalb eines in axialer Richtung vorspringenden Teiles des Tragflansches 8 angeordnet ist. Die mögliche Verminderung des axialen Abstandes zwischen der Lagerplatte 7 und dem Tragflansch 8 bei einer Überlastung wird hierdurch auf ein bestimmtes Maß begrenzt.
Die Lagerplatte 7 ist auf dem Außenumfang mit einem kegelig nach unten erweiterten, kreisförmigen Vorsprung 115 verbunden, an den das obere Federelement 13 anvulkanisiert ist. Im unteren Bereich weist der Tragflansch eine umlaufende Ringnut auf, in der die membranähnlich ausgebildete Trennwand 5 mit einer am Außenumfang umlaufenden Verdickung 112 dichtend eingebettet und durch axiale Anpressung der Anschlagplatte 110 verankert ist. Auf der Anschlagplatte liegt auf der Unterseite das Tragblech 116 mit einem winkelförmigen Profil auf, das mit der Anschlagplatte zusammen in derselben Nut gelagert ist und das in dieser durch die Umbördelung 22 des Tragflansches verankert ist.
An das Tragblcch 116 ist auf der inncnsciie das untere Federelement 11 anvulkanisiert, und an dieses als eine selbständige Einheit die Bodenplatte 2.
Die Anschläge 6 und 17 werden durch ringförmig umlaufende Wulste des Tragflansches und der Anschlagplatte gebildet. Die der Trennwand zugewandten Oberflächen der beiden Teile sind symmetrisch ausgebildet
Die Trennwand weist auf dem Umfang wenigstens zwei gleichmäßig verteilte Durchbrechungen 113 auf, die zwischen den Dichtflächen und der auf dem Außenumfang umlaufenden Verdickung 112 angeordnet sind. Die Durchbrechungen können kreisförmig oder oval ausgebildet sein, und sie bilden einen Teil des Überströmkanals 9. Der andere Teil des Überströmkanals wird durch den Abstand der Oberfläche der Trennwand von dem jeweiligen Anschlag 6,17 gebildet. Die Durchbrechungen beeinflussen außerdem die Elastizität der Trennwand und damit deren Schwingungsverhalten.
H) Der obere Arbeitsraum 1 und der untere Arbeitsraum 14 des Gummilagers sind durch eine Durchtrittsöffnung 4 verbunden. Diese ist in einem besonderen Teil 23 aus einem steifen Werkstoff enthalten, das in den mittleren Bereich der membranähnlich ausgebildeten Trennwand 5 ein vulkanisiert ist. Die beiden Teile können untereinander verknüpft oder verklebt sein. Die Länge der Durchtrittsöffnung ist wesentlich größer als ihr Durchmesser. Vorteiniafterweise beträgt die Länge wenigstens das 50fache des Durchmessers. Lediglich aus Gründen der Anschaulichkeit wurde in Fig. 2 auf eine maßstäbliche Wiedergabe verzichtet.
Das Gummilager nach Fig.3 knüpft an eine Ausführung nach F i g. 1 an. Das untere Federelement 11 ist unter Aussparung der ringförmig umlaufenden Fläche zwischen den Kanten A und B unmittelbar an den Tragflansch 8 anvulkanisiert. Die Bodenplatte 2 ist zweiteilig ausgebildet und durch eine relativ ebene Abschlußplatte 213 flüssigkeitsdicht geschlossen.
Mit dem in einer Nut des Tragflansches verankerten
jo Lager 210 ist die membranartig ausgebildete Trennwand 3 verbunden. Diese enthält im Bereich des Außenumfanges einen umlaufenden Versteifungsring 212 aus Metall, und weist innerhalb des Versteifungsringes ein einvulkanisiertes, schraubenfederartig gewundenes Rohr mit der Durchtrittsöffnung auf.
Außerhalb des Ringes wird die Membran durch den umlaufendes Wulst 203 begrenzt dessen axiale Flankenflächen als Dichtflächen ausgebildet sind. Die zugehörigen Anschläge 6, 17 bestehen aus einem zugeordneten Gummiwulst der Lagerplatte und einer zugeordneten Kante des Lagers. Der Überströmkanal ist mit 9 bezeichnet.
Die Länge der Durchtrittsöffnung des einvulkanisierten Rohres beträgt wenigstens das 50fache von dem lichten Durchmesser. Das Rohr kann gegebenenfalls durch einen Hohlniet ersetzt werden, durch den die Trennwand mit dem Lager 210 verbunden ist.
Eine alternative Ausführung zu F i g. 3 ist ausschnittsweise in F i g. 4 wiedergegeben. Der Durchtrittskanal 9 ist dabei längsgeteilt, und besteht aus einer oder aus mehreren Nuten 305, die die Anschläge unterbrechen sowie aus diesen Nuien ^ugcOrdiicicri weiteren Nuten 304, die die Dichtflächen der Trennwand unterbrechen. Die Nuten bilden in der Mittellage der Trennwand einen unmittelbaren Bestandteil des Überströmkanals 9.
F i g. 5 zeigt eine Ausführung entsprechend F i g. 3, wobei die Trennwand 3 kreisförmig ausgebildet ist. Die elastische Aufhängung 5 wird durch drei äußere Stege aus einem elastischen Material gebildet. Die Trennwand ist in axialer Richtung beweglich auf der Führangshülse 205 gelagert, wobei die Funktion der Durchtrittsöffnung durch den Ringspalt 204 erfüllt wird.
Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:
1. Gummilager mit hydraulischer Dämpfung, bei dem eine Lagerplatte, ein Tragflansch und eine Bodenplatte untereinander jeweils durch ein ringförmig ausgebildetes Federelement aus einem gummielastischen Werkstoff verbunden sind, und wobei jedes Federelement zusätzlich einen oberen und einen unteren Arbeitsraum begrenzt, die mit einer Flüssigkeit gefüllt und untereinander durch die Durchtrittsöffnung einer Trennwand verbunden sind, die aus einer durch eine elastische Aufhängung vorbestimmten Mittelstellung in einem Überströmkanal senkrecht gegen die ihren Dichtflächen zugeordneten Anschläge des Tragflansches bewegbar ist und dabei den Oberströmkanal verschließt, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der Trennwand (3) so mit den elastischen Eigenschaften der Aufhängung (5) abgestimmt ist, daß die Resonanzfrequenz des aus den beiden Teilen gebildeten Schwingungssystems im Bereich der Frequenz der zu dämpfenden Schwingungen liegt, und daß der freie Querschnitt des Überströmkanals (9) bei Mittelstellung der Trennwand wenigstens dem 30fachen Wert des freien Querschnitts der Durchtrittsöffnung (4) entspricht
2. Gummilager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Durchtrittsöffnung (4) wenigstens 50mal dem Wert des zugehörigen Durchmessers entspricht.
3. Gummilager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (3) kreisringförmig ausgebildet und auf einer Führungshülse (5) des Tragflansches gelagert ist, wobei die Durchtrittsöffnung (4) durch den freien Ringspalt zwischen dem Kolben und der Führungshülse gebildet wird.
4. Gummilager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3) eine ebene kreisförmig ausgebildete Scheibe aus einem gummielastischen Werkstoff ist, die in der Mitte mit einem Lager (210) des Tragflansches (8) vernietet ist, und die einen auf dem Außenumfang umlaufenden Wulst (203) aufweist mit zwei äußeren Dichtflächen.
5. Gummilager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (4) durch eine axiale Durchbrechung der Vernietung gebildet wird.
6. Gummilager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchtrittsöffnung (4) durch den Hohlraum eines im Bereich des Außenumfanges in die Scheibe einvulkanisierten, umlaufenden Rohres gebildet wird.
7. Gummilager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3) eine ebene Scheibe aus einem gummielastischen Werkstoff ist, die mit einer umlaufenden Verdickung (112) in einer Umbördelung des Tragflansches (8) verankert ist, und die radial innerhalb der Verdickung mehrerer auf dem Umfang verteilte Durchbrechungen (113) aufweist sowie auf beiden Stirnseiten Dichtflächen in einem Bereich radial innerhalb der Durchbrechungen.
8. Gummilager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (3) eine Scheibe aus Metall ist, die durch über den Außenumfang vorspringende Nocken (10) in einer konzentrischen Lage parallel zur Achse der Aussparung des Tragflansches (8) geführt ist, daß als elastische
Aufhängung mehrere Noppen (24) aus einem gummielastischen Werkstoff vorgesehen sind, die ein Teil des Tragflansches (8) oder der Trennwand (3) sind, und die elastisch an der Scheibe anliegen, und daß die Anschläge (6,17) des Tragflansches aus jeweils einem umlaufenden Wulst aus einem gummielastischen Werkstoff bestehen.
9. Gummilager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe eine ebene Platte aus Stahl oder einem faserverstärkten Kunststoff ist.
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