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Elastisches Lager, insbesondere zur Lagerung einer Brennkraft-
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maschine in einem Kraftfahrzeug Die Erfindung betrifft ein elastisches
Lager, insbesondere zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug,
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Für die Lagerung von Bauteilen, die selbst schwingungsangeregt sind,
bestehen an sich widersprüchliche Anforderungen an das Lager. Das Lager muß einerseits
statisch tragfähig sein, d.h. das Gewicht des schwingungsangeregten Bauteils abstützen,
muß bezüglich Schwingungen mit großer Amplitude, die meist niederfrequent sind,
dämpfend, d.h. steif sein, damit das Bauteil in seiner Lage gehalten wird, muß jedoch
bezüglich höherfrequenter Schwingungen, insbesondere Schwingungen im akustischen
Bereichrweich sein, d.h.
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dynamisch weich sein, damit diese Schwingungen nicht auf das Fundament
übertragen werden. Insbesondere bei der Lagerung von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen
stellt sich dieses Problem, da eine Übertragung der im akustischen Bereich liegenden,
von der Brennkraftmaschine angeregten Schwingungen, auf die Fahrzeugkarosserie zu
einem unbefriedigenden Innengeräusch des Fahrzeugs führt.
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In einem einfachen ummielement ist es nicht möglich, die dvnamische
Steifigkeit unter den Wert der statischen Steifigkeit abzusenken,
d.h.
die oben genannten Forderungen können nicht erfüllt werden.
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Es ist nun bekannt, den Lagerkern über eine Feder am Widerlager abzustützen
und mit dem Lagerkern einen Fabel zu verbinden, der mit einer Schwingmasse versehen
ist und zwischen den Kraftangriffspunkten des Lagerkerns und der Tilgermasse gelenkig
mit dem Widerlager verbunden ist. Eine solche über einen Hebel mit dem Lagerkern
verbundene Schwingmasse bewegt sich gegenphasig zum Lagerkern und tilgt die Kraftübertragung
von Lagerkern auf das Wider lager für eine bestimmte, von der Größe der Schwingmasse,
der Länge der Hebelarme und der Steifigkeit der Feder abhängigen Frequenz, In der
Praxis ist ein solches Lager mit großem Bauaufwand verbunden, da der Hebel spielfrei
gelagert sein muß. Auch erfordert ein solches Lager viel Platz.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Lager zu
schaffen, welches bei einfachem Aufbau für Schwingungen eines vorbestimmbaren Frequenzbereiches
eine unter seiner statischen Steifigkeit liegende dynamische Steifigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Verwendung eines Fluids zur Übertragung der Bewegung
des Lagerkerns auf die Schwingmasse ermöglicht einen kompakten und einfachen Aufbau
des Lagers.
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Wenn das Fluid gemäß Anspruch 2 durch eine Flüssigkeit gebildet ist,
wird wegen der Inkompressibilität von Flüssigkeiten die Bewegung
des
Lagerkerns besonders effektiv auf die Schwingmasse übertragen.
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Der Anspruch 3 kennzeichnet eine besonders einfache Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Lagers, welche so aufgebaut sein kann, daß sie ohne besondere
Dichtungen auskommt, wie sie beispielsweise zum Abdichten eines Kolbens gegen eine
Zylinderwand erforderlich sind.
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Die Ausführungsform des Lagers gemäß Anspruch 4 zeichnet sich durch
besonders einfachen Aufbau aus.
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Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 wird erreicht, daß die für die statische
Tragfähigkeit des Lagers entscheidenden Bauteile weitgehend unabhängig von den für
die dynamische Steifigkeit des Lagers bestimmenden Bauteilen dimensioniert werden
können. Außerdem kann das Ausmaß, in welchem die Bewegung des Lagerkerns auf die
Schwingmasse übertragen wird, in einfacher Weise festgelegt werden.
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Mit den Merkmalen des Anspruchs 6 läßt sich das Ubertragungsverhalten
des Lagers zusätzlich beeinflussen.
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Bei der Ausführungsform des Lagers gemäß Anspruch 7 wird die zwischen
den beiden Membranen eingeschlossene Flüssigkeit als Tilgermasse verwendet.
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Die Ansprüche 8 und 9 kennzeichnen Ausführungsformen des Lagers, bei
der niederfrequente Schwingungen wirksam gedämpft werden.
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Mit den Merkmalen des Anspruchs 10 läßt sich die Ubertragungscharakteristik
des fertigen Lagers an die jeweiligen Betriebserfordernisse anpassen.
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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise
und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
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Es stellen dar: Fig. 1 eine Skizze eines rein mechanisch wirkenden,
mit gegenphasiger Schwingmasse arbeitenden Lagers zur Erläuterung der Wirkungsweise
des Erfindungsgegenstandes, Fig. 2 die Übertragungscharakteristik des Lagers gemäß
Fig. 1, Fig. 3 eine modifizierte Ausführungsform des Lagers gemäß Fig. 1, Fig. 4
die Übertragungscharakteristik des Lagers gemäß Fig. 3 und Fig. 5 bis 9 Schnitte
durch verschiedene Ausführungsformen von Lagern.
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Gemäß Fig. 1 ist ein Lagerkern 2 über eine Feder 4 an einem Widerlager
6 abgestützt. Mit dem Lagerkern ist ein Ende eines-Hebels 8
verbunden,
an dessen anderem Ende eine Schwingmasse 10 befestigt ist. Der Hebel 8 ist an einem
Lagerbock 12 schwenkbar mit dem Widerlager 6 verbunden.
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Das Übertragungsverhalten des Lagers gemäß Fig. 1 ist in Fig. 2 dargestellt.
Die Ordinate gibt das Verhältnis von auf das Widerlager 6 wirkender Kraft P zu Auslenkung
x des Lagerkerns 2 an.
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Die Abszisse bezeichnet die Frequenz Coder Auslenkung x des Lagerkerns
2.
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Die das Übertragungsverhalten angebende strichpunktierte Kurve beginnt
bei der Frequenz GJ = O mit dem Wert der statischen Steifigkeit des Lagers,.fällt
dann auf die Steifigkeit 0 für die Tilgerfrequenz # t, die von der Steifigkeit der
Feder 4, den Hebelarmen a und b und der Größe der Masse m der Schwingmasse 10 abhängt.
Für Frequenzen überG>steigt die Kurve wieder an, wobei sie bei der t Frequenz
wiederum den Wert der statischen Steifigkeit erreicht.
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max Wie ersichtlich, ist das Lager gemäß Fig. 1 im Frequenzbereich
von 0 bis #max dynamisch weicher als statisch, d..h. die Übertragung von Schwingungen
dieses Frequenzbereiches vom Lagerkern 2 auf das Widerlager 6 werden unterdrückt.
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Bei der Anwendung in der Praxis beispielsweise für die Lagerung von
Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, versucht man, das Lager derart auszulegen,
daß die Tilgerfrequenz CJ in einem Bereich start ker Motoranregung bzw. großer Anregungsempfindlichkeit
der Karosserie liegt undmax in einem Gebiet liegt, in dem praktisch keine Anremax
gung mehr erfolgt.
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Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform eines Lagers, die sich von der gemäß
Fig. 1 nur dadurch unterscheidet, daß die Schwingmasse 10 über eine Feder 38 mit
dem Hebel 8 verbunden ist. Damit wird ein Übertragungsverhalten gemäß Fig. 4 erreicht,
das sich von dem gemäß Fig. 2 dadurch unterscheidet, daß die Übertragung bei der
Eigenfrequenz&i E aE sehr groß wird und darüber wieder absinkt. In der Praxis
wird&)in einen Bereich gelEgt,in dem nur sehr geringe Anregungen E auftreten
oder eine Fahrzeugkarosserie sehr anregungsunempfindlich ist.
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Fig. 5 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Lagers, welches
mit Bewegungsübertragung vom Lagerkern auf die Schwingmasse durch ein Fluid arbeitet.
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Mit einem Widerlager 16 ist ein mit Flüssigkeit 18 gefüllter Zylinder
20 verbunden, der von einer Membran 22 einseitig verschlossen ist, mit der ein Lagerkern
24 und eine ringförmige Schwingmasse 26 verbunden sind. Die Membran 22 ist vorteilhafterweise
etwas dehnbar, so daß sie die Funktion der Feder 4 gemäß Fig. 1 übernimmt. Die Aufgabe
des Hebels 8 gemäß Fig. 1 wird von der Flüssigkeit 18 übernommen, da eine Bewegung
des Lagerkerns 24 gemäß Fig. 3 nach unten wegen der Inkompressibilität der Flüssigkeit
18 zu einer Bewegung der Tilgermasse 26 nach oben führt. Das Verhältnis der Hebelarme
a zu b gemäß Fig 1 kann durch Verändern der der Flüssigkeit 18 zugewandten Flächen
des Lagerkerns 24 und der Tilgermasse 26 verändert werden.
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Wenn die Flüssigkeit 18 durch ein kompressibles Gas ersetzt wird,
erhält das Lager gemäß Fig. 5 eine Übertragungscharakteristik gemäß
Fig.
4, da im Übertragungsweg zwischen dem Lagerkern 24 und der Schwingmasse 26 dann
eine durch die Kompressibilität des Gases gebildete Feder sitzt.
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Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Lagers: Mit dem Widerlager
16 sind dort zwei konzentrische, mit Flüssigkeit 18 gefüllte Zylinder 28 und 30
verbunden. Der innere Zylinder 30 ist einseitig mit einem konischen Gummielement
32 verbunden, in das der Lagerkern 24 einvulkanisiert ist. Das Gummielement 32 stützt
die statische, vom Lagerkern 24 her wirkende Last ab, so daß die Flüssigkeit 18
im statischen Fall weitgehend drucklos sein kann.
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Der Ringraum zwischen dem äußeren Zylinder 28 und dem inneren Zylinder
30 ist von einer Membran 34 verschlossen, mit der die ringförmige Schwingmasse 26
verbunden ist. In der Wand des Zylinders 30 sind Öffnungen 36 vorgesehen.
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Damit das Lager gemäß Fig. 6 in seiner Funktion weitgehend dem Lager
gemäß Fig. 1 entspricht, ist die Membran 34 vorteilhafterweise als Rollmembran ausgebildet,
die einer Bewegung der Schwingmasse 26 keinen Widerstand entgegensetzt. Es versteht
sich, daß die Schwingmasse 26 auch unmittelbar als Kolben ausgebildet sein kann,
welcher in einem zugehörigen Zylinder dicht gefüllt ist.
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Das Lager gemäß Fig. 6 entspricht in seiner Funktion dem gemäß Fig.
5, wenn eine dehnelastische Membran 34 verwendet wird. Die
Flüssigkeit
18 könnte auch hier durch ein Gas ersetzt werden.
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Ein weiteres gemäß Fig. 4 funktionierendes Lager ist in Fig. 7 gezeigt.
Dort ist mit dem Widerlager 16 ein Zylinder 40 verbunden, der über zwei, zwischen
sich einen Flüssigkeitsraum 42 eingrenzenden Membranen 44 und 46 mit dem Lagerkern
24 verbunden ist. Die Funktion der Schwingmasse 10 wird hier von der im Flüssigkeitsraum
42 eingeschlossenen Flüssigkeit übernommen.
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Die bisher beschriebenen Ausführungsformen des Lagers weisen keine
speziellen Einrichtungen zur Dämpfung niederfrequenter Bewegungen des Lagerkerns
24 auf. Bei der Ausführungsform des Lagers gemäß Fig. 7 ist eine solche Dämpfung
dadurch möglich, daß die Membran 46 mit in Fig. 7 gestrichelt eingezeichneten Drosselöffnungen
48 versehen wird. Eine solche Drosselöffnung 48 gestattet bei niederfrequenten Schwingungen
den Durchtritt von Flüssigkeit, wohingegen bei höherfrequenten Schwingungen durch
die Drosselöffnung 48 kein merklicher Flüssigkeitsdurchtritt erfolgt.
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Eine weitere Ausführungsform eines Lagers mit Einrichtung zur Dämpfung
niederfrequenter Schwingungen ist in Fig. 8 dargestellt. Hier ist das Lager gemäß
Fig. 4 durch eine Verlängerung 50 des Zylinders 30 ergänzt, welche mit dem Inneren
des Zylinders 30 über eine Drosselöffnung 52 verbunden ist und durch eine bewegliche
Wand 54 mit definierter Eigensteifigkeit begrenzt ist. Bei niederfrequenten Schwingungen
des Lagerkerns 24 erfolgt ein Durchtritt von Flüssigkeit durch die Drosselöffnung
52, wodurch diese Schwingungen gedämpft sind.
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Fig. 9 zeigt eine nochmals abgeänderte Ausführungsform des Lagers
gemäß Fig. 4. Bei dieser Ausführungsform ist der äußere Zylinder 28' über einen
Teil seines Umfangs ähnlich wie in der Patentanmeldung P 30 09 747.3 von einer Membran
56 verschlossen. Innerhalb des Lagers befindet sich ein verdrehbarer Einsatzkörper
58, welcher eine Umfangswand 60 aufweist, die sich in geringem Abstand vor der Membran
56 befindet und je nach Drehstellung des Einsatzkörpers 58 einen mehr oder weniger
großen Teil der Membran 56 abdeckt. Der Einsatzkörper 58 ist mit einer durch das
Widerlager 16 unter Abdichtung durchgeführten Welle 62 drehbar innerhalb des Zylinders
28' gelagert.
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Wenn nur ein geringer Teil der Fläche der Membran 56 von der Umfangswand
60 des Einsatzkörpers 58 überdeckt ist, nimmt die Membran 56 durch Verformung einen
verhältnismäßig großen Teil des bei einer Bewegung des Lagerkerns 24 durch die Öffnungen
36 hindurchtretenden Flüssigkeitsvolumens auf, so daß die Schwingmasse 26 nur wenig
bewegt wird, wohingegen bei einer weitgehenden Überdeckung zwischen Umfangswand
60 und Membran 56 eine große Bewegung der Tilgermasse 26 erfolgt. Dadurch wird die
effektive Steifigkeit der Membran 34 und damit das Übertragungsverhalten des Lagers
verändert.