DE3245653A1

DE3245653A1 - Zweikammer-motorlager mit hydraulischer daempfung

Info

Publication number: DE3245653A1
Application number: DE19823245653
Authority: DE
Inventors: Manfred 6257 Hünfelden Hofmann; Giacomo 5403 Mülheim Sciortino
Original assignee: Metzeler Kautschuk 8000 Muenchen GmbH; Metzeler Kautschuk GmbH; Metzeler Kautschuk AG
Current assignee: Metzeler Gimetall AG
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1984-06-14
Also published as: DE3245653C2

Description

Zweikammer-Motorlager mit hydraulischer Dämpfung
Die Erfindung betrifft ein Zweikammer-Motorlager mit hydraulischer Dämpfung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dessen beide flüssigkeitsgefüllten und mit gummielastischen Umfangswänden versehenen Kammern über eine eine Drosselöffnung aufweisende Zwischenplatte hydraulisch miteinander verbunden sind.
Ein derartiges Motorlager ist aus der EP-A-0 044 545 bekannt. Bei diesem Lager mit einer elastisch gelagerten Zwischenplatte und einer sich bei hohem Druck selbsttätig verschließenden Düse wird zwar erreicht, daß das Lager bei hochfrequenten Schwingungen kleiner Amplitude hydraulisch nicht anspricht und derartige Schwingungen nur geringfügig gedämpft werden, während bei Schwingungen niedriger werdender Frequenz und größer werdender Amplituden eine zunehmende Dämpfung durch zunehmenden Flüssigkeitsaustausch stattfindet. Durch die elastische Lagerung der Zwischenplatte wird darüberhinaus im geringen Umfang auch eine hydraulische Entkopplung von kleinen Amplituden bis zu einem Frequenzbereich von etwa 200 Hz erreicht, wodurch das akustische Verhalten verbessert wird.
Eine andere Möglichkeit einer hydraulischen Entkopplung kann aus der DE-OS 26 18 333 entnommen werden, wonach im Bereich des äußeren Umfanges in die motorseitige Deckkappe der oberen Flüssigkeitskammer ein Ringraum eingelassen ist, der zur Flüssigkeitskammer durch eine Membran abgetrennt ist. Die hierdurch erreichte hydrau- lische Entkopplung erfolgt jedoch erst bei sehr hohen Frequenzen oberhalb 400 Hz und hat daher praktisch keine Wirkung für den eigentlich interessierenden Bereich von bis zu maximal 400 Hz.
Die wesentlichsten Anforderungen an eine optimale Motorlagerung bestehen nämlich in der Aufnahme von Anfahr-und Bremsmomenten, in der Aufnahme der durch FahrbahnunebEnheiten eingeleiteten Kräfte, der Vermeidung von Leerlaufschütteln sowie eine gute Körperschallisolierung. Daraus ergibt sich die Forderung nach einer hohen Steifigkeit oder nach viel Dämpfung für die Lager, was sich jedoch für die Isolation der dynamischen Massenkräfte des Motors akustisch negativ auswirken würde, da für eine gute Körperschallisolierung eine weich abgestimmte Lagerung erforderlich ist.
Es sind also im Prinzip die beiden folgenden Bedingungen zu erfüllen, nämlich einmal eine hohe Dämpfung im niederfrequenten Bereich (bis etwa 30 Hz) und zum anderen eine geringe Steifigkeit im hochfrequenten Bereich über 30 Hz. Da hier nur noch geringe Amplituden auftreten, ist die Forderung nach einer bestmöglichen Isolation dominant.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Zweikammer-Motorlager mit hydraulischer Dämpfung zu schaffen, das so ausgestaltet ist, daß bei großen Schwingungsamplituden eine hohe Dämpfung erfolgt und daß insbesondere bei kleinen Amplituden eine optimale Isolierung sowohl des akustischen Verhaltens als auch der eingeleiteten Schwingungen gewährleistet wird. Insbesondere sollen dabei auch zwei oder mehr Dämpfungsmaxima in unterschiedlichen Frequenzbereichen mit einfachen Maßnahmen abgestimmt werden können.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist ausgehend vom eingangs genannten Stand der Technik erfindungsgemäß vorgesehen, daß außerhalb der oberen motorseitigen Flüssigkeitskammer mindestens eine, durch eine Membran unterteilte Ausgleichskammer angeordnet ist, die jeweils über eine Rohrleitung mit der oberen flüssigkeitskammer in Wirkverbindung steht.
Dabei kann die Ausgleichskammer über eine gerade oder über eine gekrümmt verlaufende Rohrleitung mit der oberen Flüssigkeitskammer verbunden sein. Es ist aber auch möglich, daß die Ausgleichskammer in das Gehäuse des Motorlagers integriert ist. Ferner können mehrere Ausgleichskammern vorgesehen sein, die über Rohrleitungen unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlichen Durchmessers an die obere Flüssigkeitskammer angeschlossen sind, wobei die Ausgleichskammern unterschiedliche Abmessungen und/-oder Membranausbildungaufweisen können.
Durch die Membran in der Ausgleichskammer wird dabei zweckmäßigerweise eine weitere Luftkammer abgetrennt.
Die Membran selbst kann aus einer flexiblen Gummiplatte bestehen oder aber auch aus einer kreisringförmigen Gummiplatte mit einer zentralen kreisscheibenförmigen Tilgermasse aus massivem Material.
Desweiteren kann die Luftkammer nach außen abgeschlossen sein, wobei der Druck in der Luftkammer selbst einstellbar ist.
Durch die Anordnung einer oder mehrerer Ausgleichskammern unterschiedlicher Größe und Ausbildung sowie unterschiedlicher Entfernung - d.h. Länge der verbindenden Rohrleitung - zum eigentlichen Motorlager können dabei zusätzliche Dämpfungswirkungen in unterschiedlichen Frequenzbereichen erreicht werden, so daß das Hydrolager zwei oder mehrere Dämpfungsmaxima - in Abhängigkeit von der Anzahl der Ausgleichskammern - aufweist.
Es ist ferner möglich, daß die obere Flüssigkeitskammer selbst auch eine mit einer Membran abgeschlossene, zentrale Membrankammer aufweist, die für sich auch eine Entkopplung in einem bestimmten Frequenzbereich bewirkt, der unabhängig von dem der Ausgleichskammer ist. Dadurch ergibt sich eine noch größere Variationsbreite der erfindungsgemäßen Lagerausbildung.
Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von prizipiellen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen: Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Zweikammer-Motorlager mit einer angeschlossenen Ausgleichskammer, Fig. 2 die Aufsicht auf dieses Motorlager mit einer zusätzlichen weiteren Ausgleichskammer, Fig. 3 ein Zweikammer-Motorlager mit Ausgleichskammer u nd einer innerhalb der oberen Flüssigkeitskammer angeordneten weiteren Membrankammer, Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Verbindungsrohrleitung mit Einbauten zur Druckänderung, Fig. 5 u. 6 Diagramme für Dämpfung und Steifigkeit herkömmlicher Hydrolager und Fig. 7 u. 8 Diagramme für Dämpfung und Steifigkeit erfindungsgemäßer Hydrolager mit Ausgleichskammer.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, besteht das Zweikammer-Motorlager in herkömmlicher Weise im wesentlichen aus einer oberen motorseitigen Kammer 1 und einer unteren Kammer 2, die mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt und durch eine Zwischenplatte 3 mit einer Drosselöffnung 4 voneinander getrennt sind. Die obere Kammer 1 wird dabei von einer starkwandigen hohlkegelförmigen Kammerwandung 5 aus gummielastischem Material begrenzt, die an der oberen Stirnseite von der Motorlagerplatte 6 abgeschlossen und am unteren Außenumfang mit dem ringförmigen Widerlager 7 haftend verbunden ist. Die untere Kammer 2 wird von einer beispielsweise tassenförmigen Kammerwandung 8 aus ebenfalls gummielastischem Material - jedoch geringerer Shore-Härte -gebildet, die ebenfalls am Widerlager 7 abdichtend befestigt ist. Auch die Zwischenplatte 3 ist im Widerlager 7 starr gelagert.
Erfindungsgemäß ist nunmehr eine Ausgleichskammer 10 vorgesehen, die nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa zylindrisch ausgebildet ist und durch eine Membran 11 in eine untere Flüssigkeitskammer 12 und eine obere Luftkammer 13 unterteilt ist. Diese Ausgleichskammer 10 bzw. die untere Flüssigkeitskammer 12 ist über Eine Rohrleitung 14, die durch das Widerlager 7 bzw. die Kammerwandung 5 hindurchgeführt ist, mit der oberen Flüssigkeitskammer 1 verbunden. Die Membran 11 ist dabei am Rande fest eingespannt und kann aus einer Gummiplatte oder aber auch aus einer kreisringförmigen Gummischeibe mit einer zentralen Tilgermasse aus einem massiven Material bestehen. Ferner kann die obere Luftkammer 13 - wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel dargestellt - nach außen abgeschlossen oder aber auch nach außen offen und damit mit der Atmosphäre in Verbindung stehen.
Wie aus der Aufsicht aus Fig. 2 zu ersehen ist, ist die in Fig. 1 dargestellte Ausgleichskammer 10 über eine gerade Rohrleitung 14 an die obere Flüssigkeitskammer 1 angeschlossen. Erfindungsgemäß ist es darüberhinaus auch möglich, noch beispielsweise eine weitere Ausgleichskammer 15 über eine beispielsweise kreisringförmige Rohrleitung 16 an die Flüssigkeitskammer 1 des Zweikammer-Motorlagers anzuschließen. Neben den dargestellten Ausgleichskammern 10 und 15 ist es aber auch möglich, allein eine Ausgleichskammer 15 über eine relativ lange Rohrleitung 16 an das eigentliche Motorlager anzukoppeln.
Durch die Anordnung einer oder mehrerer der erfindungsgemäßen Ausgleichskammern wird eine zusätzliche Dämpfungswirkung erzeugt, die in unterschiedlichen Frequenzbereichen abgestimmt sein kann. Damit können mit einem derartigen Lager zwei oder mehrere Dämpfungsmaxima sowie damit eine breitere Dämpfungskurve erhalten werden, die in einem größeren Frequenzbereich wirken, wie noch später erläutert werden wird.
Diese zusätzlichen Dämpfungswirkungen entstehen dabei auf Grund folgender physikalischer Prinzipien: Wesentlich ist zunächst die Massenträgheit der Flüssigkeit, die in der die Ausgleichskammern anschließenden Rohrleitungen bzw. der oberen Flüssigkeitskammer 1 des Motorlagers und dem an die Membran 11 angrenzenden Flüssigkeitsraum 12 hin und zurück strömt. Für den Flüssigkeitsaustausch maßgebend ist dabei die volume--trische Steifigkeit der oberen Flüssigkeitskammer 1 sowie die Nachgiebigkeit der Membran 11 in der oder den Ausgleichskammern . Diese Massenträgheit der Flüssigkeit erzeugt dabei durch die Strömung in der Rohrlei- tung 14 bzw. 16 eine dynamische Wirkung durch die Druckdifferenz zwischen der oberen Flüssigkeitskammer 1 und der Flüssigkeitskammer 12 in der Ausgleichskammer 10 bzw. 15. Dabei sind jedoch noch die durch die mit verschiedenen Geschwindigkeiten strömenden Flüssigkeitsschichten (in Abhängigkeit von ihrem Abstand von der Rohrwandung) erzeugten Schubspannungen zu berücksichtigen, die dem Produkt aus Geschwindigkeitsgradienten und dynamischer Viskosität entsprechen. Damit ergibt sich unter Berücksichtigung der in entgegengesetzter Richtung von der Schubspannung her angreifenden Kraft eine resultierende Druckkraft in Fließrichtung, die dann auf die gummielastische Membran 11 einwirkt.
Für die Auslenkung dieser Membran 11 ist deren komplexe Steifigkeit maßgebend, die einmal von ihrer mechanischen Steifigkeit, d.h. ihrer Nachgiebigkeit in vertikaler Richtung, und zum anderen vom Druckaufbau in der oberen Flüssigkeitskammer 1 des Hydrolagers als Funktion der Fläche zum Ausschlag der Membran abhängt.
Wesentlich ist dabei auch noch, ob die Luftkammer 13 oberhalb der Membran 11 nach außen offen oder geschlossen ist und somit als Luftpolster wirkt.
Als wesentliche Abstimmungsparameter für die jeder Ausgleichskammer zuzuordnenden Verlustwinkel sowie der zugehöri-gen Dämpfungsfrequenz und dem Steifigkeitsverlauf des Lagers sind dabei insbesondere Länge und Durchmesser der Verbindungsrohrleitungen, die Oberflächenrauhigkeit der jeweiligen Rohrinnenwandung, die Abmessung der Ausgleichskammer sowie Durchmesser und Nachgiebigkeit der Membran in der Ausgleichskammer anzusehen.
Das Zweikammer-Motorlager nach der Erfindung bewirkt somit zunächst bei Einleitung von Motorschwingungen mit großer Amplitude geringer Frequenz eine hohe Dämpfung wegen des dabei erfolgenden Flüssigkeitsaustausches durch die Drossel 4 von der oberen Kammer 1 in die untere Kammer 2. Bei kleinen Amplituden etwa in der Größe von 0,1 mm hoher Frequenz erfolgt dagegen kein Flüssigkeitsaustausch, da dann die Membran 11 anspricht, wodurch eine optimale Isolierung sowohl des akustischen Verhaltens als auch der eingeleiteten Schwingungen gewährleistet ist.
Die Masse der Flüssigkeit erzeugt dabei eine dynamische Kraft, die von der Motorbewegung und der Motorbeschleunigung und die dadurch bedingte Beschleunigung der Flüssigkeit durch das Dämpfungssystem in Form der Drossel 4 erzeugt wird. Diese dynamische Kraft beaufschlagt dann als hydraulischer Druck bzw. als die vorstehend beschriebene resultierende Druckkraft die Gummimembran 11 und die gasgefüllte Membrankammer 13, die eine Auslenkung erfährt, wenn sie belastet wird und als Masse schwingt und auch, wenn sie entsprechend entlastet wird.
Dadurch ergibt sich eine zusätzliche Dämpfungswirkung, die bei entsprechender Auslegung auf einen vorgegebenen Frequenzbereich abgestimmt sein kann. Gleichzeitig wird eine geringere dynamische Verhärtung bewirkt, wie noch später erläutert wird.
Eine weitere Möglichkeit der Einstellung bzw. Veränderung der Parameter für den Wirkungsbereich der Ausgleichskammern ist in Fig. 3 dargestellt. Diese zeigt schematisch allein die Verbindungsrohrleitung 14 sowie die Ausgleichskammer 10 mit der Flüssigkeitskammer 12 und der Gummimembran 11, deren Nachgiebigkeit durch die Federn 19 angedeutet ist. Q1 bedeutet die Flüssigkeitsmenge in der oberen Flüssigkeitskammer 1 des eigentlichen Lagers, die über die Rohrleitung 14 ausgetauscht werden kann, während mit Q3 die Flüssigkeitsmenge in der Kammer 12 gekennzeichnet ist. Durch Einbau einer Venturidüse 17 in der gezeigten oder in umgekehrter Einbaurichtung können dabei die Drücke P1 und P2 vor und hinter der Düse 17 entsprechend variiert und eingestellt werden. In gleicher Weise kann durch alter nativen Einbau einer Drosselblende 18 der Druck P3 eingestellt werden, so daß insgesamt die Membran 11 mehr oder weniger stark ausgelenkt wird, womit auch die Dämpfung durch die Ausgleichskammer genau den gewünschten Erfordernissen angepaßt werden kann.
Wie aus dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ersichtlich, kann dabei eine Ausgleichskammer 20 mit einer Membran 21 auch bei einem Zweikammer-Motorlager Verwendung finden, in dessen oberer Flüssigkeitskammer 1 bereits eine zentrale Membrankammer 22 vorgesehen ist, die gegenüber der oberen Flüssigkeitskammer 1 durch eine Gummimembran allein oder eine Gummimembran 23 mit einer zentralen Tilgermasse 24 abgeschlossen ist. Hierdurch läßt sich neben einer Verbreiterung des Dämpfungsmaximums durch die Ausgleichskammer zusätzlich eine hydraulische Entkopplung bei kleinen Amplituden hoher Frequenz erreichen. Dabei wird eine vollständige Entkopplung dann erreicht, wenn die Membran 23 bzw. die Tigermasse 24 in Gegenphase zur Erregung, d.h. zur Flüssigkeitsmasse in den Kammern 1 und 2 schwingt. Dadurch ist ein erheblich besseres akustisches Verhalten bedingt.
In den Diagrammen nach den Fig. 5 bis 8 sind Dämpfungsverhalten und dynamische Steifigkeit über der Frequenz aufgetragen und für ein herkömmliches Hydrolager und ein erfindungsgemäßes mit Ausgleichskammer gegenübergestellt.
Wie man dabei aus den Fig. 5 und 6 ersieht, in denen einmal die Dämpfung und einmal die dynamische Steifig- keit über der Frequenz für ein herkömmliches Hydrolager aufgetragen sind, ergibt sich daraus eine Erhöhung der Dämpfung bei Verringerung der Amplitude sowie ein Anstieg der dynamischen Steifigkeit, obwohl ein entgegengesetztes Verhalten erwünscht wäre.
Demgegenüber zeigen die Fig. 7 und 8 den Verlauf der Dämpfung und der dynamischen Steifigkeit für ein Hydrolager mit Ausgleichskammer nach der Erfindung. Daraus ergibt sich, daß das Dämpfungsmaximum zwar in etwa gleich bleibt, jedoch über eine erheblich größere Frequenzbreite mit beispielsweise zwei Dämpfungsmaxima erstreckt werden kann Dabei wird das erste Dämpfungsmaximum im Bereich von etwa 7 Hz allein durch die Wirkung der Ausgleichskammer erreicht. Für den Verlauf der dynamischen Steifigkeit wurde ein Hydrolager mit Ausgleichskammer und Entkopplungsmembran entsprechend Fig. 4 gewählt, wobei nach einer ersten Entkopplung bei etwa 20 Hz und einem folgenden kurzen Anstieg wieder ein Abfallen bis unter den Wert der statischen Steifigkeit bei etwa 125 Hz mit hydraulischer Entkopplung erreicht werden kann. Wesentlich ist dabei auch, daß hierbei die hohen, strichpunktiert eingetragenen Spitzen eines entkoppelten Lagers ohne Ausgleichskammer nicht mehr auftreten, sondern daß diese Spitzen stark abgebaut werden. Durch entsprechende Veränderung der vorstehend beschriebenen Parameter kann dabei in weiten Grenzen eine Entkopplung und ein Abbau der Steifigkeitsspitzen bei einer oder mehreren Frequenzen erreicht werden.
Insgesamt ist also mit der erfindungsgemäßen Lösung der Bau von Hydrolagern möglich, mit denen große Schwingungsamplituden des Motors über ein breites Frequenzband stark gedämpft werden können, wobei das Dämpfungsmaximum auf die Eigenfrequenz des Motors abstimmbar ist, und bei denen neben einer veringerten und bei hohen Frequenzen keiner Amplitude absinkenden Steifigkeit eine hydraulische Entkpplung möglich ist, so daß sich ein optimales akustisches Verhalten ergibt.
Leerseite

Claims

Patentansprüche Zweikammer-Motorlager mit hydraulischer Dämpfung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dessen beide flüssigkeitsgefüllten und mit gummielastischen Umfangswänden versehenen Kammern über eien eine Drosselöffnung aufweisende Zwischenplatte hydraulisch miteinander verbunden sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß außerhalb der oberen, motorseitigen Flüssigkeitskammer (1) mindestens eine, durch eine Membran (11) unterteilte Ausgleichskammer (10;15) angeordnet ist, die jeweils über eine Rohrleitung (14;16) mit der oberen Flüssigkeitskammer (1) in Wirkverbindung steht.
2. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammer (10) über eine gerade Rohrleitung (14) mit der oberen Flüssigkeitskammer (1) verbunden ist.
3. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammer (15) über eine gekrümmt verlaufende Rohrleitung (16) mit der oberen Flüssigkeitskammer (1) verbunden ist.
4. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (16) die obere Flüssigkeitskammer (1) kreisringförmig umschließt.
5. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammer in das Gehäuse des Motorlagers integriert ist.
6. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Ausgleichskammern (10,15) vorgesehen sind, die über Rohrleitungen (14,16) unterschiedlicher Länge und/oder unterschiedlichen Durchmessers an die obere Flüssigkeitskammer (1) angeschlossen sind.
7. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichskammern (10,15.) unterschiedliche Abmessungen und/oder Membranausbildung (11) aufweisen.
8. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Membran (11) eine weitere Luftkammer (13) abgetrennt ist.
9. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (11) aus einer flexiblen Gummiplatte besteht.
10. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (11) aus einer kreisringförmigen Gummiplatte mit einer zentralen kreisscheibenförmigen Tilgermasse aus massivem Material besteht.
11. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammer (13) nach außen abgeschlossen ist.
12. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Luftkammer (13) einstellbar ist.
13. Zweikammer-Motorlager nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rohrleitung (14;16) eine Venturidüse (17) eingebaut ist.
14. Zweikammer-Motorlager nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in-die Rohrleitung (14;16) eine Drosselblende (18) eingebaut ist.
15. Zweikammer-Motorlager nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich in der oberen Flüssigkeitskammer (1) eine mit einer Membran (23,24) abgeschlossene, zentrale Membrankammer (22) angeordnet ist.