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Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische Lageran-
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ordnung für Antriebsaggregate in Kraftfahrzeugen, die aus einem gummielastischen
ersten Lagerelement auf der Seite des Antriebsaggregates und einem in Reihenschaltung
hierzu angeordneten elastischen zweiten Lagerelement besteht.
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Durch die deutsche Offenlegungsschrift 26 16 258 ist ein Gummilager
mit hydraulischer Dämpfung bekannt, bei dem ein im wesentlichen als Schubgummikörper
ausgebildetes gummielastisches Lager mit einem Gummikissen in Reihe geschaltet ist.
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Trotz der aufgrund der Hintereinanderschaltung der beiden Gummielemente
gegenüber der Federrate des Schubgummikörpers allein grundsätzlich verringerten
Gesamtfederrate ist diese dennoch verhältnismäßig hoch.
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Einerseits sind den zulässigen Federwegen, insbesondere in dem Schubgummikörper
mit Rücksicht auf die Dauerhaltbarkeit und Erwärmung des Gummis Grenzen gesetzt
und andererseits weist das durch ein Gummikissen gebildete zweite Federelement formbedingt
ohnehin eine hohe Federrate auf.
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Aufgrund ihrer hohen Gesamtfederrate haben darart aufgebaute Lageranordnungen
den Nachteil, daß die Eigenschwingungszahlen des Antriebsaggregates zu dicht bei
den Ei gens chwingungs zahlen der das Antriebsaggregat tragenden Bauteile, z.B.
des Rahmens, des Achsträgers bzw. des Vorderwagens liegen.
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Damit ergibt sich die Möglichkeit einer nachteiligen gegenseitigen
Beeinflussung der beiden Schwingungssysteme im Sinne eines Verstärkungs effekt es
mit nachteiliger Auswirkung auf Fahrkomfort und Fahrsicherheit.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zur Vermeidung gegenseitiger
ungünstiger Beeinflussung der beiden Schwingungssysteme die Resonanzfrequenz des
Antriebsaggregates durch Herabsetzen der Federrate des Lagers des Antriebsaggregates
soweit herabzusetzen, daß ein ausreichender Sicherheitsabstand zu den Eigenfrequenzen
des das Antriebsaggregat tragenden Systems erreicht wird. Diese Eigenfrequenzabsenkung
des Antriebsaggregates setzt in vorteilhafter Weise auch die Geräuschübertragung
vom Antriebsaggregat auf die Karosserie herab.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß
das auf der Seite der das Antriebsaggreat tragenden Baueinheit angeordnete elastische
Lagerelement durch eine Schraubenfeder mit einer gegenüber dem ersten Federelement
stark herabgesetzten Federrate gebildet ist. Mit einer Schraubenfeder als zweitem
Lagerelement läßt sich die Forderung nach einer extrem niedrigen Federrate am besten
erfüllen.
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Durch die extrem niedrige Gesamtfederrate der erfindungsgemäßen Lageranordnung
ist es möglich, das unmittelbar an
das Antriebsaggregat angrenzende
Gummi-Lagerelement optimal für die erforderliche Geräuschisolierung auszulegen bzw.
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abzustimmen ohne damit eine Verschlechterung des Schwingungsverhaltens
in Kauf nehmen zu müssen.
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Dies bedeutet, daß dieses Lager im Interesse der Geräuschisolierung
unter gleichzeitiger Beachtung ausreichender Festigkeit extrem weich ausgeführt
wird und damit erheblich zu der erwünschten Reduzierung der Gesamtfederrate der
erfindungsgemäßen Lageranordnung beiträgt.
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In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
der das zweite Lagerelement bildenden Schraubenfeder als Dämpfungsvorrichtung ein
hydraulischer Teleskopstoßdämpfer parallelgeschaltet ist, wobei gemäß einem weiteren
Merkmal Schraubenfeder und Teleskopstoßdämpfer konzentrisch zueinander angeordnet
sind.
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Der Vorteil der Erfindung besteht in der Möglichkeit die Motorlagerung
besser als bisher sowohl auf hoch- als auch auf niederfrequente Schwingungen abstimmen
zu können, indem in der Lagerung eine Funktionstrennung vorgenommen ist.
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So wird durch entsprechende Abstimmung der einzelnen Federelemente
und ihrer Dämpfungsvorrichtungen einesteils durch das Gummilager bewirkt, daß die
vom Antriebsaggregat herrührenden hochfrequenten Schwingungen (Geräusche) wirkungsvoll
gedämpft werden und daher von dem Wagenaufbau
weitgehend ferngehalten
werden und andererseits durch das zweite elastische Lagerelement zusammen mit seiner
parallel geschalteten Dämpfungsvorrichtung erreicht, daß die von der Fahrbahn herrührenden
niederfrequenten Schwingungen relativ großer Amplitude wirkungsvoll gedämpft werden,
so daß die in das Antriebsaggregat eingeleiteten Impulse entscheidend verringert
werden.
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Durch die Lageranordnung nach der Erfindung, insbesondere aufgrund
der Tatsache, daß nur der Schraubenfeder und nicht beiden Federelementen zugleich
eine separate Dämpfungsvorrichtung parallelgeschaltet ist, wird eine schädliche
Geräuschbrücke zwischen dem Antriebsaggregat und dem Wagenaufbau vermieden.
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Nach einem anderen Merkmal der Erfindung ist der Teleskopstoßdämpfer
mit der Kolbenstange nach oben gerichtet eingebaut, wobei sich eine zweckmäßige
Anordnung damit ergibt, daß das Stoßdämpfergehäuse in einer am Rahmen, Achsträger
oder Wagenaufbau befestigten Büchse eingesetzt ist und die konzentrisch zum Stoßdämpfer
angeordnete Schraubenfeder sich mit ihrem oberen Ende an dem gummielastischen ersten
Lagerelement und sich mit ihrem unteren Ende an der Büchse abstützt.
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Zwecks Verbesserung der Abstimmungsmöglichkeiten der einzelnen Federelemente
und Dämpfungsvorrichtungen wird
gemäß einem weiteren wichtigen
Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, das gummielastische erste Lagerelement auf
einer Schwinge anzuordnen, die am Rahmen, Achsträger oder Wagenaufbau gelagert ist
und diese Schwinge durch die Schraubenfeder in Verbindung mit der dieser parallel
geschalteten Dämpfungsvorrichtung am Rahmen, Achsträger oder Wagenaufbau abzustützen.
Dabei bestehen verschiedene Möglichkeiten für eine versetzte Anordnung der Schraubenfeder
und der Dämpfungsvorrichtung sowohl hinsichtlich ihres wirksamen Hebelarmes als
auch hinsichtlich der Kraftwirkungslinien bzw. Achsen.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist bei Verwendung einer
Schwinge zwischen beiden Federelementen der Teleskopstoßdämpfer mit der Kolbenstange
gegen das gummielastische erste Lagerelement gerichtet eingebaut, wobei sich die
Schraubenfeder an ihrem oberen Ende an der Schwinge und an ihrem unteren Ende auf
einem am Stoßdämpfergehäuse befestigten Federteller abstützt.
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Anstatt einer Befestigung des Stoßdämpfergehäuses unmittelbar am Rahmen,
Achsträger oder Wagenaufbau ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgesehen,
den Teleskopstoßdämpfer an einem über den aufbauseitigen Lagerpunkt hinausgeführten
Fortsatz eines Radführungslenkers anzulenken. Dadurch wird das Motorlager beim Einfedern
des Rades als Folge von von der Fahrbahn herrührenden Stößen entlastet, so daß bei
dem sich gleichzeitig auf den Rahmen, Achsträger oder Wagenaufbau
auswirkenden
Stoß wesentlich elastischer ausweichen kann als dies bei unmittelbarer Abstützung
des Stoßdämpfers und der Schraubenfeder am Rahmen, Achsträger oder Wagenaufbau der
Fall ist. Mit der damit erreichten höheren Nachgiebigkeit des Motorlagers werden
nicht nur die zu übertragenden Kräfte erheblich reduziert, sondern es wird zugleich
auch die Gefahr der Anfachung von Schwingungen verringert.
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Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist das Drehlager der Schwinge
als Dämpfungsvorrichtung ausgebildet. Zu diesem Zweck sind in dem Drehlager zwei
Gummibuchsen eingebaut, die zwischen den beiden gegeneinander zu verdrehenden Teilen
von der Stirnseite her eingepreßt sind. Dabei ist die Wandstärke der Gummibuchse
so gewählt, daß der maximale Winkelausschlag der Schwinge allein aufgrund molekularer
Verschiebung im Gummi ermöglicht ist.
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Eine besonders kompakte Bauweise für eine Lageranordnung nach der
Erfindung ergibt sich bei einem Gummimetallbauteil, das aus einem glockenförmigen
äußeren und einem glockenförmigen inneren Blechteil besteht, wobei beide Blechteile
durch einen einvulkanisierten Schubgummikörper miteinander verbunden sind, dadurch,
daß in dem inneren Blechteil eine äußere Befestigungsplatte mittels einer mit der
Befestigungsplatte verbundenen tassenförmigen Hülse geführt ist und
innerhalb
des inneren Blechteils eine Schraubenfeder angeordnet ist. Dabei können die bei
der axialen Gleitbewegung der Hülse in dem inneren Blechteil auftretenden unvermeidbaren
Reibkräfte gleichzeitig zur Schwingungsdämpfung ausgenutzt werden.
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Zur Ausschlagsbegrenzung der Befestigungsplatte bzw. der mit ihr verbundenen
Hülse in Bezug auf das innere Blechteil wird schließlich vorgeschlagen, den Schubgummikörper
mit diametral sich gegenüberliegenden Durchbrüchen zu versehen und in den auf diese
Weise entstandenen Freiräumen an dem glockenförmigen inneren Blechteil an einem
nach außen abgebogenen Ringflansch zwei Anschlagpuffer anzuordnen, die in der einen
Bewegungsrichtung mit einem zentralen Teil und in der anderen Bewegungsrichtung
mit einem hochgestellten und nach innen zurückgebogenen Ringflansch der Anschlagplatte
zusammenwirken.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Lageranordnung für ein Antriebsaggregat von
Kraftfahrzeugen mit Gummi lager und einer mit diesem in Reihe geschalteten Schraubenfeder,
der in konzentrischer Anordnung ein Teleskopstoßdämpfer parallelgeschaltet ist,
Fig.
2 eine Ausführungsform einer Lageranordnung unter Verwendung einer Schwinge, auf
deren Oberseite ein Gummilager angeordnet ist und die von der anderen Seite durch
eine Schraubenfeder mit konzentrisch angeordnetem Teleskopstoßdämpfer am Rahmen,
Achsträger oder dgl.
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abgestützt ist, Fig. 3 eine weitere Ausführungsform, bei der gegenüber
dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 der Teleskopstoßdämpfer an einem über den Drehpunkt
verlängerten Fortsatz eines am Querträger gelagerten Radführungslenkers angelenkt
ist, Fig. 4 eine weitere Ausfüurungsform mit einer Schwinge, bei der der Teleskopstoßdämpfer
getrennt von der Schraubenfeder angeordnet ist, Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel mit
Schwinge, bei der die der Schraubenfeder parallel geschaltete Dämpfungsvorrichtung
in das Schwenklager der Schwinge integriert ist,
Fig. 6 einen axialen
Schnitt durch das Drehlager von Fig. 5, Fig0 7 zwei senkrecht zueinanderliegende
Axial-und 8 schnitte durch ein weiteres Ausführungsbeispiel und Fig. 9 ein Schaubild
über den Frequenzgang des Achsträgers und des Antriebsaggregates eines Personenkraftwagens.
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Mit dem Längsträger 10 eines Kraftfahrzeuges ist in üblicher Weise
ein sich in Querrichtung erstreckender Achsträger 11 verbunden.
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An dem Achsträger 11 ist in dem Drehlager 12 ein Querlenker 13 für
die Radführung angelenkt. Mit den Stützen 14 stützt sich das Antriebsaggregat auf
einer Lageranordnung 15 nach der Erfindung ab. Diese Lageranordnung umfaßt in ihrem
oberen Bereich ein Gummimetallbauteil 16 üblicher Bauart mit einem Schubgummikörper
als elastischem Element (nicht dargestellt) und einem äußeren etwa wannenförmigen
Blechteil 17, der an den Stützen 14 befestigt ist und einem inneren massiven Teil
18 von konischer Form. Beide Außenteile 17, 18 sind an den Schubgummikörper anvulkanisiert.
In Reihe mit dem Gummimetallbauteil 16 ist eine Stahlschraubenfeder 19 angeordnet,
die sich zwischem dem inneren Teil 18 und dem Achsträger 11 erstreckt.
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Gleichachsig mit der Schraubenfeder 19 ist ein Teleskopstoßdämpfer
20 angeordnet, der mit der Kolbenstange 21 nach oben gerichtet eingebaut ist. Das
Stoßdämpfergehäuse 22 ist in eine im Achsträger 11 befestigte Hülse 23 eingesetzt
und die Kolbenstange durch Verschrauben fest mit dem inneren Teil 18 des Gummimetallbauteils
16 verbunden. Neben seiner Dämpfungsfunktion bewirkt der Stoßdämpfer gleichzeitig
eine einwandfreie Führung des Gummimetallbauteils 16 gegenüber dem Achsträger 11.
Die Schraubenfeder 19 ist auf der einen Stirnseite durch das Stoßdämpfergehäuse
das gegenüber der hülse 23 hervortritt, und auf der anderen Stirnseite durch eine
entsprechende Absenkung des Federsitzes 24 gegenüber der Klemmfläche 25 der Kolbenstange
21 axial geführt.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist das Gummimetallbauteil
16' im Vergleich zu Fig. 1 umgekehrt eingebaut, d.h.
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das innere massive und konische Teil ist mit der Stütze 14 des Antriebsaggregates
verbunden, während das wannenförmige Blechteil 17' gegen den Achsträger 11 gerichtet
ist.
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Das Gummimetallbauteil 16' sitzt auf einer Schwinge 26, die drehbar
mittels des Lagers 27 in einem am Achsträger li befestigten Halter 28 drehbar gelagert
ist.
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Der Teleskopstoßdämpfer 29 ist in gleicher Weise wie in Fig 1 in aufrechter
Lager eingebaut und besitzt an seinem Ende de ein Lagerauge 30, 31. Mit seinem kolbenstangenseitigen
Lagerauge ;3O ist der Stoßdämpfer 29 an der Schwinge 26
und mittels
seines gahäuseseitigen gehäuseseitigen Lagerauges 31 am Achsträger 11 angelenkt.
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Zur Anlenkung der kolbenstange kolbenstange besitzt die schwinge 26
an irhem äußeren Ende eine Ende eine Aussparung, an deren rsand zwei 3 angeordnet
und durch einen Bolzen 33- verbunden sind, auf den das Lagerauge 30 aufgesetzt ist.
Die Schraubenfeder 34 ist gleichachsig mit dem Stoßdämpfer eingebaut und stützt
sich mit ihrer unteren Stirnseite auf einem am Stoßämpfergchäuse 35 35 befestigten
Federteller 36 und mit ihrer oberen Stirnseite an der Schwinge 26 ab.
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Bae Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist identisch mit dem nch Fig.
2 mit der Ausnahme, daß der Teleskopstoßdämpfer 29 mit seinem unteren Lagerauge
31 nicht unmittelbar am Achsträger 11, sondern an dem Querlenker 13 angelenkt ist,
der seinerseits am Achsträger in dem Lager 12 drehbar gelagert ist. Za diesem Zweck
besitzt der Querlenker 13 einen Fortsatz 37, der bezogen auf die allgemeine Erstreckung
des Lenkers jenseits des Drehlagers 12 vorgesehen ist. Dadurch wird erreicht, daß
die von der Fahrbahn über die Räder und die Radaufhängung in den Achsträger 11 eingeleiteten
Bewegungen und Kräfte nicht im vollen Umfang in die Lageranordnung bzw. das als
Gummimetallbauteil 16' ausgebildete Motorlager eingeleitet werden, sondern nur in
einem entsprechend den wirksamen Hebelübersetzungsverhältnissen reduzierten Maße.
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Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 ist die Schwinge 26 in gleicher
Weise wie in den Figuren 2 und 3 mittels einer Schraubenfeder 34 auf der Grundplatte
38 des am Achsträger 11 befestigten Halters 28 abgestützt. Abweichend ist jedoch
der Teleskopstoßdämpfer 29 nicht koaxial innerhalb der Feder 34, sondern nach außen
versetzt und unter einem anderen Winkel zur Schwinge 26 als die Feder 34 angeordnet.
Auf diese Weise kann der Einfluß der Dämpfungskräfte hinsichtlich Größe und Wirksamkeit
auf die Lageranordnung und damit auf das Schwingungsverhalten des Antriebsaggregates
gesteuert werden.
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Bei der Anordnung nach Fig. 5 ist auf einen Teleskopstoßdämpfer gänzlich
verzichtet. Zur Einfederungsbegrenzung der Schwinge 26 sind lediglich zusätzlich
zwei Anschlagpuffer 39, 40 einerseits auf der Unterseite der Schwinge 26 und andererseits
auf der Grundplatte 38 des Halters 28 vorgesehen.
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Falls erforderlich, kann, wie in Fig. 6 gezeigt, die nötige Dämpfung
unmittelbar im Drehlager 27 der Schwinge 26 erzeugt werden.
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In Fig. 6, die einen axialen Schnitt durch das Lager 27 der Schwinge
26 darstellt, bilden die auf dem Achsträger 11 befestigten Halter 28 und 28' und
der sie verbindende Lagerbolzen 41 das Lager für die Schwinge 26. Mit einem angeschweißten
Lagerauge 42 ist die Schwinge 26 auf dem Lagerbolzen 41 gelagert, wobei zur Geräuschisolierung
stirnseitig
je eine als Gummimetallbauteil ausgebildete Lagerbüchse 43 und 44 zwischengeschaltet
ist. Die Lagerbüchsen 43, 44 sind mit ihrem Innenmantel 45 und 46 aus Gummi unmittelbar
auf Distanzbuchsen 47 und 48 aufgepreßt. An ihrem Außenumfang tragen sie je eine
Büchse 49 und 50 aus Lagermetall. Auf diesen Büchsen ist das mit der Schwinge 26
verbundene Lagerauge 42 drehbar gelagert. Entsprechend der geringen Lagerreibung
dieses Gleitlagers ist der Dämpfungseffekt gegenüber Schwingungen gering. Im Falle,
daß eine wesentlich höhere Dämpfung erzielt werden soll, kann dies dadurch leicht
bewirkt werden, daß anstelle der Gummimetall-Lagerbuchsen 43 und 44 reine Gummibuchsen
zwischen die Distanzbuchsen 47 und 48 und das Lagerauge 42 eingepreßt werden, wobei
keinerlei gleitende Reibung stattfindet und der gesamte Schwenkwinkel der Schwinge
29 durch die gegenseitige Verschiebung koaxialer zylindrischer Gummischichten der
Gummibuchsen aufgebracht wird.
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Die Figuren 7 und 8 zeigen ein besonders vorteilhaftes Ausfiihrungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Lageranordnung.
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Das von einem Gummimetall-Bauteil gebildete Lager 51 besteht dabei
aus einem Schubgummikörper 52, einem wannenförmigen Blechaußenteil 53 von im Grundriß
rechteckiger Gestalt, einem tassenförmigen Innenteil 54 mit Boden 54a.
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Auf der kurzen Achse des rechteckigen Blechaußenteils 53 sind zu beiden
Seiten der Lagerachse zwei durchgehende Aussparungen
55 und 56
vorgesehen, so daß das Lager in Querrichtung entlang der kurzen Achse eine höhere
Nachgiebigkeit als in hierzu senkrechter Richtung aufweist. Das Blechaußenteil 53
wird mittels der Gewindebolzen 57, 58 mit der Stütze 14 des Antriebsaggregates verbunden.
In dem Innenteil 54 ist unter Verwendung einer Lagerbüchse 59 eine Führungshülse
60 längsverschieblich geführt. Die Führungshülse 60 hat auf der einen Stirnseite
einen Boden 61. Blechinnenteil 54 und Führungshülse 60 sind mit ihren offenen Enden
einander zugekehrt eingebaut. In dem auf diese Weise entstandenen Raum zwischen
den Böden 54a und 61 der beiden Bauteile ist eine Schrauben-Druckfeder 62 angeordnet.
Einem Ineinanderschieben der Teile wird durch die Schraubenfeder ein wachsender
Widerstand entgegengesetzt. Die Führungshülse 60 ist mittels der Schraube 63 an
der Grundplatte 64 eines Halters befestigt, wobei eine Anschlagplatte 65 mit festgespannt
ist.
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Wie in Fig. 8 veranschaulicht ist die Anschlagplatte 65 beidseitig
hochgestellt und zurückgebogen, so daß zwei Anschläge 66 und 67 entstehen.
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Das tassenförmige innere Blechteil 54 weist an seinem offenen Ende
einen Ringflansch 54b auf. In der Ebene der beiden, sich diametral gegenüberliegenden
Aussparungen 55 und 56, ist je ein birnenförmiger Anschlagpuffer 68, 69 mit dem
Flansch 54b verbunden. Diese Ans chlagpuff er dienen im Zusammenwirken mit den Anschlägen
66 und 67 und der Anschlagplatte 65 als elastische Ausschlagsbegrenzung für die
Relativbewegungen
zwischen der Anschlagplatte 65 und dem inneren Blechteil 54.
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In dem Diagramm gemäß Fig. 9 sind die Ergebnisse der Messungen, die
an einem mittels einer Hydropulsanlage untersuchtem Personenkraftwagen durchgeführt
wurden, graphisch dargestellt.
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Über die Erregerfrequenz der Hydropulsanlage (Abszisse) sind darin
einesteils die Beschleunigungswerte der Achse (Linienzug a) und eines Antriebsaggregates
aufgetragen (Linienzüge b und c). Der Linienzug b (strichpunktiert) gibt die Beschleunigungswerte
eines Antriebsaggregates bei Verwendung eines Motorlagers herkömmlicher Bauart und
der Linienzug c (gestrichelt) die Beschleunigungswerte des gleichen Antriebsaggregates
bei Verwendung einer Lageranordnung gemäß der Erfindung wieder. Da die gemessenen
Beschleungigungswerte den Ausschlägen porportional sind, können bei dieser qualitativen
Betrachtung die Beschleunigungen anstelle der Ausschläge gesetzt werden und umgekehrt.
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Während sich nun gezeigt hat, daß der Verlauf des Linienzuges a von
der speziellen Ausbildung des Motorlagers praktisch nicht beeinflußt wird, treten
bei Verwendung eines herkömmlichen Motorlagers (Linienzug b) die Maxima der Ausschläge
der Achse und des Antriebsaggregates bei der gleichen Erregungsfrequenz auf. Die
damit verbundenen
negativen Auswirkungen auf Fahrsicherheit und
Fahrkomfort wurden mit der erfindungsgemäßen Lageranordnung durch Verlagerung der
Resonanzfrequenz des Antriebsaggregates zu niedrigeren Frequenzen, entsprechend
Linienzug b, weitgehend vermieden. Die Resonanzfrequenzwerte der Achse und des Antriebsaggregates
liegen damit ausreichend auseinander, was sich ganz besonders positiv auf den Fahrkomfort
auswirkt, ganz abgesehen von der Vermeidung unzulässig hoher Lagerbelastungen.