DE3152751A1 - Lager zur schwingungsisolierenden abstuetzung bzw. aufhaengung des motors eines kraftfahrzeuges an dessen fahrgestell - Google Patents

Description

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Daimler-Benz Üaim 13 828/A4

Aktiengesellschaft

11.11.1982 7000 Stuttgart 60

Lager zur schwingungsisolierenden Abstützung bzw. Aufhängung des Motors eines Kraftfahrzeuges an dessen Fahrgestell
(Ausscheidung· aus P 31 51 508.8-12).

Die Erfindung betrifft ein Lager zur schwingungsisolierenden Abstützung bzw. Aufhängung des Motors eines Kraftfahrzeuges an dessen Fahrgestell mit einem massiven Lagerkörper, der durch seine Nachgiebigkeit mindestens in einem beschränkten Frequenzbereich der auftretenden Schwingungen eine erwünschte Dämmung derselben vermittelt, wobei dieser Lagerkörper aus mindestens zwei, in mechanischer Reihenschaltung angeordneten Komponenten mit unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften besteht.

Ein solches Lager ist aus der DE-PS 22 32 102 bekannt. Dieses bekannte Lager umfaßt in Auslenkungsrichtung des zu dämmenden Schwingungstyps gesehen in Hintereinanderschaltung zwei elastische Federungskörper verschiedener Federkennung. Der eine ist als übliches, blockförmigem Gummimet η 1lager ausgebildet ; flor andere i

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ORIGINAL

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als großflächiges Schaums toffpolster ausgebildet, das seinerseits zwischen entsprechend großflächigen Metallprofilen angeordnet ist, von denen das eine durch das Fahrgestell bzw. die Karosserie selbst gebildet sein kann. Die großflächige Ausbildung des Schaurastoffpolsters ist erforderlich, damit dieses die» statische Last aufnehmen kann. Bei diesem bekannten Lager wird ausgenutzt, daß Schaumstoffpolster eine S-förmige Federkennung aufweisen, derart, daß die Federkraft für . kleine Federwege relativ gering ist, bei mittleren Auslenkungen bzw. Schv/ingungsamplituden mit diesen progressiv und bei großen Auslenkungen wieder schwächer anwächst. Dadurch läßt sich zwar für hochfrequente akustische Schwingungen des Lagermassensystems, d.h* bei ca. 10 KHz und höheren Frequenzen gegenüber einem Gur.unimetaHager eine erhebliche Verbesserung der Schwingungsisolierung und Schalldämmung erzielen, jedoch müssen bei diesem Gummischaumstofflager in dem bei niedrigen Frequenzen liegenden Resonanzbereich sehr hohe Schwingungsamplituden und insoweit erhebliche Nachteile in Kauf genommen werden. Es kommt hinzu, daß die großflächige Gestaltung des Schaumstoffpolster^, und dessen Montage am Fahrzeug einen hohen technischen Aufwand erfordert, zumal ein solches Lager praktisch nicht als einheitliches vorgefertigtes Bauelement herstellbar ist.

Weiter ist aus der DE-AS 10 23 343 ein Motorlager bekannt, bei dem zwischen im Abstand übereinander .koaxial unqeordiiotcMi glockenförmigen Metallhülsen, deren obere .\;:i Motor im.I 'len-n i::J crc am Fahrgestell bofestigbar .i.:! , f in·· >ι·ι. i.-i:u!i'. ·. !.ttiv harten Knut ^chu

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bestehende Gununihiilse eingesetzt ist, -lie etw,i mu-j Gestalt eines kegelstumpfmantels aufweist und bezüglich transversaler Relativbewegungen der beiden Hülsen bzw. des Motors und des Fahrgestells (leren nachgiebigelastische Abstützung aneinander vermittelt:. Auf diese Gununihülse ist ein ringförmiger, aus einem weicheren Kautschukmaterial bestehender Gummipuffer aufgenetzt, ein dessen Oberseite sich die obere Metallhülse mit einem radialen Flansch abstützt. Dieser Gummipuffer, der auf dem oberen Rand der Gummihülse und teilweise auch auf einem radialen Flansch der unteren, glockenförmigen· Hülse aufliegt und sich bei axialen Relativbewegunycn der Hülsen gegeneinander j:. di-in .:wiL'o'ncri den Flanschen der Hülsen verbleibenden radialen Spalt hinreichend ausdehnen kann, vermittelt im wesentlichen in axialer Richtung die nachgiebig-elastische Abstützung des Motors am Fahrgestell.

Zwar vermitteln der Gummipuffer einerseits und die Gummihülse andererseits für die beiden Schwingungstypen; zu deren Dämmung das bekannte Lager vorgesehen ist, je für sich gesehen, in einem weiten Frequenzbereich akustischer Schwingungen, z.B. zwischen IO Hz und einigen KHz, eine wirksame Schwingungsdämmung, d.h. das Verhältnis der Schwingungsamplituden des Fahrgestells zu denjenigen des Motors ist günstig niedrig, jedoch müssen im Bereich der Resonanzschwingungen dieses Puffermassensystems, deren typische Werte bei ca. 5 bis 8 Hz liegen, Schwingungsanregungen mit hohen Amplituden und damit auch eine betraeht]iclu» Übertragung von ochw ingungsoiu'i'ii ir> _Luif das F.ihra^¹·⁽ r ·1 1 in Kauf

ORIGINAL

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genommen werdet., 'lic ,-.u erheblichen Vibraticiie.'i des Fahrgestells führt, welche ihrerseits auf die Karosserie übertragen und vom Fahrer als unangenehmer Körperschall empfunden werden.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Lager der eingangs genannten Art anzugeben, das sowohl im hochfrequenten wie auch im niederfrequenten Bereich der anregbaren Schwingungen des Lager-Massensystems eine wirksame Schwingungsisolation vermittelt und dabei trotzdem einfach und preisgünstig herstellbar ist. ·

Die:-->o Auf'.τ a be wirr! durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 auf einfache Weise gelöst. Hiernach ist das erfindungsgemäße Lager als Mehrkomponentenlager, insbesondere als Zwei-Komponentenlager ausgebildet, dessen eine Komponente, für sich allein gesehen, ein Material ist, da:;, wie bei den bekannten Lagern, im gesamten Frequenzbereich der in Betracht zu ziehenden Schwingungen nur eine geringe Dämpfung, dafür aber eine optimale akustische Dämmung vermittelt, und dessen zweite Komponente, ebenfalls für sich allein gesehen, iiii Frequenzbereich der Resonanzschwingung des Lager-Mds:.onsy:it on!.¹·.» im. nc günstig höht? Dämpfung aufweist.

Das erfindungsgemäße Lager ist in einfacher Blockbauweise als Baueinheit realisierbar und erfüllt, eine geeignete Auswahl seiner Komponenten vorausgesetzt, die anhand der für diese gemessenen Frequenzabhängigkeiten ihri'H Hl aritiz itätsmuduls auf einfache Weise zweckgerecht getroffen werden kann, extreme Anforderuncjon inrof f»rn, als e; sowohl mit der für die statische

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Lastabstützung er i ordoi 1 Lehen Forms tabi 1 i. t_ äf\, oi.ruM hohen Dämpfung im Eigenschwingungsbereich und mit einer relativ niedrigen dynamischen Versteifung im hochfrequenten akustischen Bereich real isierbar ist. Es" kann daher mit besonderem Vorteil zur Schwingunqs- und Körperschalldämmung eingesetzt worden, wenn eine niederfrequente Resonanzschwingung stark gedämpft werden und gleichzeitig eine gute akustische Dämmung erreicht werden soll, d.h. insbesondere als Motorlager, Getriebelager und Gelenkwellenlager im Kraftfahrzeugbau, selbstverständlich aber auch, für alle weiteren Kinsatzzwecke, in denen analoge Anforderungen gegeben sind.

Gemäß Anspruch 2 ist für den Dämpfungskörper des erfindungsgemäßen Motorlagers ein Material vorgesehen, das einen im Frequenzbereich der Eigenschwingung des Lagermassensyste.ms wirksam zur Dämpfung beitragenden Glasprozeß aufweist.

Da der Elastizitätsmodul eines polymeren Materials, das in einem bestimmten - niedrigen - Frequenzbereich eine hohe Dämpfung aufweist, die sich in komplexer Darstellung des E-Modulr; in einem hohen Imaginär teil desselben äußert, im allgemeinen zu höheren Frequenzen hin eine mehr oder weniger stark ausgeprägte betragsmäßige Zunahme zeigt, bis bei sehr hohen Frequenzen das dynamische Verhalten eines solchen Polymers demjenigen eines Glases entspricht, weshalb diese Zunahme auch als "Glasprozeß" bezeichnet wird, versteht es sich, daß die an ein Motorlager :i\\ :.; t. ollendcMi Anforderungen i i.t ι tjiilcii Fall of'^uil: ·.·;; i ι", ''iii'ir ■!!.·'■ !«v:t :nttg 1 i chon

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Kompromisses erfüllbar sind, etwa dahingehend, daß bei vorgegebener Dämpfung im Eigenschwingungsbereich eine noch hinnehmbare dynamische Versteifung des Lagers im akustischen Bereich in Kauf genommen werden muß.

Durch die Merkmale des Anspruchs 3 ist eine im Sinne eines solchen bestmöglichen Kompromisses günstige Kombination von Dämm- und Dämpfungskörpermaterialien angegeben.

Durch die Merkmale der Ansprüche 4 und 5 sind alternativ oder in Kombination realisierbare, einfache Gestaltungen orfindungsgemaßer Lager angegeben, die in weiten Grenzen eine zweckgerechte Anpassung ihrer mechanisch-dynamischen Eigenschaften an die jeweils gegebenen Erfordernisse ermöglichen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau eines erfindungsgemäßen Lagers, im Längsschnitt,

Fig. 2 ein mechanisches Ersatzschaltbild zur Erläuterung der Wirkungsweise des Lagers gemäß Fig. 1 , und

Fig. 3 und 4

Gestaltungen erfindungsgemäßer Lager, bei denen die Anordnung von Dämm- und Dämpfungskörpern einer Kombination einer Serien- und Parallelrchc'ilt-ung derselben entspricht.

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BAD ORSGIMAL

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Day in der 1· ig. 1 dargestellte er! ι ndi; ,•,(jsgfjr.'äi-'.e ΐ-αφ^ι. ist als eine kompakte Baueinheit ausgebildet. Ki, umfaßt einen aus einem Elastomer bestehenden Dämmkörper 21, der, für sich allein gesehen, nur eine geringe Dämpfung aufweist und einen mit einer erheblichen Dämpfung behafteten Dämpfungskörper 22, wobei der Dämm- und der Dämpfungskörper in mechanischer Serienschaltung zwischen zwei Metallplatt, en 23 und 24 bzw. 24 und 26 angeordnet und fest mit diesen verbunden sind, Der Dämmkörper 21 kann aus Natur- oder Silikonkautschuk oder Polybutadien bestehen.

Der Dämpf ungskörper 22 dos Laqrr ·. V- ios^^hl au::· >μ nein Stoff, der einen schon im Bereich der Eigenschwingung des Lager-Massensystems einsetzenden Glasprozeß aufweist. Ein solcher Stoff ist z.B. Polyisobutylen.

Das dynamische Verhalten dieses Materials ist in guter Näherung durch eine komplexe Steifigkeit

C * = C '■ + iC " (1)

² 2 2

beschreibbar, die mit dem komplexen E-Modul gemäß der Beziehung

c, Z. i Π *· Π ί. c.

verknüpft ist, worin E_? ' den Speichormodul, K " rien Verlustmodul und A die Querschnittsfläche und H die zwischen den Platten 24 und 26 gemessene Höhe des Dämpfungskörpers 22 bedeuten.

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ί:;ϊη für Ίι·^Λ Erläuterung des dynamischen Verhaltend den Laijort-i 20 geeignetes mechanisches Ersatzschaltbild ist in der Fig. 2 dargestellt. In diesem Ersatzschaltbild !:-:·. diT Üämpfungskörper 22 des Lagers 20 durch .eine Feder 27 mit der komplexen Steifigkeit C_?* - C ' + iC₂" und der Dänunkörper 21 durch eine in erster 'Näherung dämpfungsfreie Feder 28 der - reellen Steifigkeit C repräsentiert. Die beiden Federn 27 und. 28 sind in Serienschaltung zwischen der z.B. einen Motor repräsentierenden schwingungsfähigen Masse 18 und einer das Fahrgestell repräsentierenden, als unendlich groß idealisierten Masse 19 angeordnet. Die Ge- : ;::'.:,!.■:: ι·.ι^:.ι·ί1 k'S La^TS 2<) h'_'w. ·:^γ FcmKt ;!ior· :.μ·.:!)ιγ 2/, 28 ergibt sich aus der Addition der Nachgiebigkeiten· I fund I, der Federn 27 bzw. 28, die durch die Beziehungen

I* -L(3)

(' ■ +i
L₂ + 1

I₀ - 1_ (4)

definiert :."■ irul.

Das dynamische Verhalten des als Dämpfungskörper verwendeten Polyisobutylens ist in guter Näherung durch eine komplexe Steifigkeit C* beschreibbar, die der folgenden analytischen Beziehung yenügt:

^C2* ' ^C20 * ^C2 ^{(;i)r)2 + iC}2 ^{UjT (5)}

β 9 » « it S

op «ei

ι ^: , ι ί , I ¹J Ι· ,-

V/Ühlt man als Maß für du; mit tv;l£; dcsjj :.,agcr·; 2υ ^r-rsiehbaire Dämpfung den Verlustfaktor d, der ala da.-; Verhältnis des Imaginärteils der komplexen steifigkeit C* zu doron Realtgil definiert i-.it gemäß der ßir/u.'hung

' ^wobei

;-;O ergibt sich unter Berück:--. i.,:htigung dc-r (5), daß diese Dämpfung für den Wert

Vc te +C ι

1 = ί 20 0 20 (7

max —-—¹^ ■

einen Maximalwert d aufweist, der durch die Beziehung

max

Kl

lyn

gegeben ist, (8)

"dyn worin durch die Beziehung

die maximale dynamische Versteifung bezeichnet·, ist, . die ein Maß für die Zunahme der Steifigkeit der Federanordnung 27f 28 bzw, des Lagers 20 zu höheren Frequenzen hin ist.

Im Falle des Lagers 20 wird zur Erzielung einer erwünschten Dämpfung der mit dem liinsetzen dos Glas-EGflsos do? Diimpfungskörpennnterials verknüpfte,

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durch don IniuginärteiJ der komplexen Steifigkeit C* repräsentierte, frequenzabhängige Verlustanteil ausgenutzt, dessen Frequenzlage durch gezielte Veränderung der Kettenstruktur des als Dämpfungskörper 22 verwendeten Polymers oder andere geeignete Maßnahmen der Polymerchemie beeinflußt werden kann, so daß· einerseits hierdurch und andererseits durch die geometrische Dimensionierung der Lagerkomponenten 21 und 22 sowohl eine Anpassung der Frequenzlage des Dämpfungsmaximums wie auch dessen Betrages an die gegebenen Erfordernisse möglich ist. Hierbei ist allerdings zu beachten, daß in praktischen- Fällen die durch die Beziehung (9) wie-(Jerijeguut.'iie uyiiuiuiuehc; Versteif u:kj dc j -DämpfungskCr-

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pers 22 Werte von 10 erreichen kann, mit der Folge, daß auch eine gewisse- mechanische Versteifung der Gesamtanordnung im akustischen Frequenzbereich in Kauf genommen werden muß, wenn die Resonanzschwingung desLager-Massensystems sehr niedrig ist und demgemäß für den Dämpfungskörper ein Material gewählt werden muß, dessen Glasprozeß bei entsprechend niedriger Frequenz einsetzt.

iJiü Auswahl für. den Dämpfunyskürper 22 geeigneter Materialien erfolgt zweckmäßigerweise anhand der für ■ die interessierenden Frequenzbereiche gemessenen mechanischen Dispersion.

Im folgenden werden anhand der Fig. 3 und 4 weitere spr>ziolle Gestaltungen erfindungsgemäßer Lager erläutert, be-i denen durch geeignete Formgebungen ihrer vorwiegend elastischen Dämmkörper und ihrer Dämpfungs-

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körper sowie durch verweiuliKuj vc-i j^hipaonci:' Ma'.;>;" . äiiun für diese Lagerkomponenten in· weiten Grenzen ein den praktischen Erfordernissen genügendes dynamisches Verhalten dieser Lager erzielbar ist.

Die Fig. 3 zeigt in einer der Fig. 1 entsprechender! Darstellung ein Lager 4u, bei dem der zwischen Metallplatten 11 und 12 angeordnete Lageikörper 41, der einen kreisrunden oder einen polygonalen Querschnitt haben möge, einen t.opfförmig ausgebildeten Ddnunkörper 4 2 aus einem geeigneten Elastomer aufweist., dessen Innenraum, der stirnseitig durch die Metallplatte 1-2 abgeschlossen ist, mit einem de;·. !)'.·;αρί" m.j:sk öi-;>·-1 4 3 ί· i I ■)< -nden V.it-r:"ial vollständig ausgefüllt ist, das im interessierenden Frequenzbereich eine erwünschte hohe Dämpfung zeigt.

Die beim Lager 40 gemäß Fig. 3 vorgesehene Gestaltung und Anordnung des Dämmkörpers 4 2 und des Dämpfungskörpers 43 vermittelt eine Kombination von Serien- und Parallelschaltung dieser Lagerkomponenten.

Dasselbe gilt für das in der Fig. 4 dargestellte, ebenfalls dem Erf indungsgodeink'jn unt ei Fallende Laqer 6O, dessen Aufbau weitgehend demjenigen des Lagers ZO entspricht,, und es sind daher für einander entsprechende Teile dieser Lager bO und 20 dieselben Bezugszeichen gewählt. Der Aufbau des Lagers 60 ergibt sich, wenn bei dem Lager 20 gemäß Fig. 1 dessen Dämmkörper 21 durch einen Körper 61 ersetzt wird, der einer mechanischen Parallelschaltung eines Dämpfunqskörpers 63 und eines diesen umgebenden Dämmkörpors 62 entspricht, und im Rahmen des Laq^rr- 6O drnapm/ift di<» kombinierte Funktion einer Sehw.ingungs<1ämim.iii'j und S· "ti¹.-; i n'ji:;ig^r".d.'i'ii;if uiwj vim lid Ll <Ί L. M:". MuLe-I" i.d L i· .· !"".. !· ·. ' ."i.· ;..-.' rj···;" <> 2 um·! '!<m>

SAD ORIGINAL

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L'ütapi. ur: jskür per d J des La jet körpers 6 1 sind v/ieierur.! dieselben geeignet, wie für die Lager 2ü und 40 gemäß den Fiij. 1 und 3. Für den zweiten Dämpfungskörper 22 eignet j ich, wie für das Lager 20 gemäß Fig. 1 angegeben, z.B. Polyisobutylen.

Es verstellt sich, daß die vorstehend erläuterten Lager auch, mit: anderen Qucrschnittsformen ihrer Lagerkörper, z.B. polygonalen Querschnittsformen realisiert sein können, und daß den Lagern 20 und 40 entsprechende Lagerelomente auch in vielfältiger Weise durch mechanische Serien- und/oder Parallelschaltungen zu einem Mi-iwkoHpGnpnt.onln jor voroiniqt sein können, um dadurch ein erwünschtes dynamisches Verhalten zu erreichen.

Claims (5)

1. 315275

   Daimler-Benz Da im 13 828/A4

   Aktiengesellschaft

   11.11.1982 Stuttgart 60

   Patentansprüche

   Lager zur schwingungsisolierenden Abstützung bzw. Aufhängung des Motors eines Kraftfahrzeuges an dessen Fahrgestell, mit einem massiven Lagerkörper, der durch seine Nachgiebigkeit mindestens in einem beschränkten Frequenzbereich der auftretenden Schwingungen eine erwünschte Dämmung derselben vermittelt, wobei dieser Lagerkörper aus mindestens zwei, in mechanischer Reihenschaltung angeordneten Komponenten mit unterschiedlichen Elastizitätseigenschaften besteht,

   dadurch gekennzeichnet, daß die eine einen Dämmkörper bildende Komponente (21; 42; 62) des Lagerkörpers aus einem Elastomer mit allenfalls geringfügiger Dämpfung besteut und die andere, einen Dämpfungskörper (22; 22, 63) bildende Komponente aus einem Polymer besteht, dessen komplexe Steifigkeit eine frequenzunabhängige Komponente hat und das im Frequenzbereich der Resonanzschwingung des Lager-Massensyytoms eine hohe Dämpfung aufweist.

   BAD ORIGINAL

   Da im 13 323/Λ4

   11.11.1982 - 2 -
2. 2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material des Dämpfungskörpers (22; 22, 63) einen im Frequenzbereich der Eigenschwingung des Lager-Massensystems wirksam zur Dämpfung beitragenden Glasprozeß aufweist.
3. 3. Lager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämmkörper (21; 61) aus Naturkautschuk, Silikonkautschuk, Polybutadien oder einem damit äquivalenten Elastomer und der Dämpfungskörper (22; 22, 63) aus Polyisobutylen oder.einem damit vergleichbaren Material besteht.
4. 4. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dämm- und der Dämpfungskörper (21 und 22; 61 und 22) durch eine Platte (24) aus Metall oder einem anderen geeigneten Material, das eine Diffusionssperre vermittelt, gegeneinander abgesetzt sind.
5. 5. Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit einem Dämpfungskörper

   (22) oder einem Dämmkörper ein Lagerkörper (61) mechanisch in Reihe geschaltet ist, der seinerseits eine mechanische Parallelschaltung eines Dämmkörpers (62) und eines Dämpfungskörpers (63) darstellt.