DE3245653C2

DE3245653C2 - Zweikammer-Motorlager mit hydraulischer Dämpfung

Info

Publication number: DE3245653C2
Application number: DE19823245653
Authority: DE
Inventors: Manfred 6257 Hünfelden Hofmann; Giacomo 5403 Mülheim Sciortino
Original assignee: Metzeler Kautschuk 8000 Muenchen GmbH; Metzeler Kautschuk GmbH
Current assignee: Metzeler Gimetall AG
Priority date: 1982-12-09
Filing date: 1982-12-09
Publication date: 1986-11-06
Also published as: DE3245653A1

Abstract

Bei einem Zweikammer-Motorlager mit zwei flüssigkeitsgefüllten Kammern, die über eine mit einer Drossel versehenen Zwischenplatte miteinander in Verbindung stehen, sind zur hydraulischen Entkopplung bei niedrigen Amplituden hoher Frequenz mindestens eine, durch eine Membran (11) unterteilte Ausgleichskammer (10) außerhalb der oberen, motorseitigen Flüssigkeitskammer (1) angeordnet, die jeweils über eine Rohrleitung (14) mit der oberen Flüssigkeitskammer (1) in Wirkverbindung steht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zweikammer-Motorlager mit hydraulischer Dämpfung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dessen beide fliissigkeitsgefüllten und

65 gummielastische Umfangswände aufweisenden Kammern über eine, mit einer Drosselöffnung versehenen Zwischenplatte hydraulisch miteinander verbunden sind und zusätzlich mindestens eine Ausgleichskammer vorgesehen ist die mit der oberen Flüssigkeitskammer in Wirkverbindung steht

Ein derartiges Motorlager ist aus der DE-OS 31 45 446 bekannt, bei der eine zusätzliche druckluftgefüllte Kammer als zusätzliche Ausgleichska-nmer auf der der eigentlichen Arbeitskammer abgewandten Seite der Zwischenplatte angesehen werden kann. Damit ist im geringen Umfang eine Beeinflussung der Dämpfung möglich, nicht jedoch eine hydraulische Entkopplung von kleinen Amplituden bis zu einem Frequenzbereich von etwa 200 Hz, wodurch nämlich das akustische Verhalten verbessert werden kann.

Die Möglichkeit einer hydraulischen Entkopplung bietet jedoch eine Anordnung entsprechend der DE-OS 26 18 333, wonach im Bereich des äußeren Umfanges in die motorseitige Deckkappe der oberen Flüssigkeitskammer ein Ringraum eingelassen ist der zur Flüssigkeitskamroer hin durch einen Membran abgetrennt ist Die hierdurch erreichte hydraulische 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 400Hz.

Die wesentlichen 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. Darüber hinaus ergibt sich die Forderung nach einer hohen Steifigkeit oder nach viel Dämpfung für die Lager, was sich jedoch für die isolation der dynamischen Massekräfte 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 andern eine geringe Steifigkeit im hochfrequenten Bereich über 30 Hz. Da hier nur noch geringe Amplituden auftreten, ist die Forderung nach einer bestmöglichen Isolierung 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 gute 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 mindestens eine Ausgleichskammer außerhalb des Lagergehäuses liegt, durch eine Membran in sieh unterteilt und über eine als Drosselst recke wirkende Rohrleitung mit der oberen Flüssigkeitskammer in Verbindung steht.

Dabei kann die Rohrleitung zwischen der Ausgleichskammer und der oberen Flüssigkeitskammer gerade oder gekrümmt verlaufen.

Ferner können bei Anordnung mehrerer Ausgleichskammern diese über Rohrleitungen unterschiedlicher

Länge und/oder unterschiedlichen Durchmessers an die obere Flüssigkeitskammer angeschlossen sein. Durch die Membran in der Ausgleichskammer wird zweckmäßigerweise eine weitere Luftkammer abgetrennt Die Membran selbst kann aus einer flexiblen Gumimiplatte oder aber auch aus einer kreisringförmigen Gummiplatte mit einer zentralen kreisscheibenförmigen Tilgermasse aus massivem Material bestehen.

Desweiteren kann die Luftkammer nach außen abgeschlossen sein, wobei der Druck in der Luft kammer selbst einstellbar ist.

Durch die Anordnung einer oder mehrerer Ausgleichskammern unterschiedlicher Größe und Ausbildung sowie unterschiedlicher Entfernung — d. h. Länge der verbindenden Rohrleitungen — zum eigentlichen Motorlager können dabei zusätzliche Dämpfungswirkungen in unterschiedlichen Frequenzbereichen erreicht werden, so daß das Hydrolager zwei odeir mehrere Däri'ipfungsmaxima — in Abhängigkeit von der Anzahl der Ausgleichskammern — aufweist

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Wirkungsweise von prinzipiellen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert J/abei zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch ein Zweikammer-Motorlager mit einer angeschlossenen Ausgleichskammer,

F i g. 2 die Aufsicht auf dieses Motorlager mit einer zusätzlichen weiteren Ausgleichskammer,

Fi g. 3 eine Prinzipdarstellung der Verbindungsrohrleitung mit Einbauten zur Druckänderung,

F i g. 4 ein Zweikammer-Motorlager mit Ausgleichskammer und einer innerhalb der oberen Flüssigkeitskammer angeordneten weiteren Membrankammer,

F i g. 5 und 6 Diagramme für Dämpfung und! Steifigkeit herkömmlicher Motorlager und

F i g. 7 und 8 Diagramme für Dämpfung und Steifigkeit erfindungsgemäßer Hydrolager mit Ausgleichskammer. Wie aus F i g. 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 hydraulisehen Flüsigkeit 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-IHärte — gebildet, die ebenfalls am Widerlager 7 abdichtend befestigt ist. Auch die Zwischenplaue 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 V/iderlager 7 bzw. die Kammerwandung 5 hindurchgefiiihrt 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 Ausfiihrungsbtbpiel dargestellt — nach außen abgeschlossen oder aber auch nach außen offen und damit mit der Atmosphäre in Verbindung stehen.

Wie aus der Aufsicht aus F i g. 2 zu ersehen ist, ist die in Fig. Ι dargestellte Ausgleichskammer 10 über eine gerade Rohrleitung 14 an die obere Flüssigkeitskammer 1 angeschlossen. Erfindungsgemäß ist es darüber hinaus 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 Ausgleichskammem 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 Ausgleichskammem wird eine zusätzliche Dämpfungswirkung erzeugt, die in unterschiedlichen Frequenzbereiche abgestimmt sein kann. Damit können mit einem derartigen Lager zwei oder mehrere Dämpfungsmaxima sowie damit eine breitere Dämpfungskurve erhalten werden, die in «nem größeren Frequenzbereich wirken, wie noch spatser erläutert werden wird.

Diese zusätzlichen Dämpfungswirkungen entstehen dabei auf Grund folgender physikalischer Prinzipien:

Wesentlich ist zunächst die Massenträgheit der Flüssigkeic, die in der (bzw. den) die Ausgleichskammer(n) 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 volumetrische 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 Rohrleitung 14 bzw. 16 eine dynamische Wirkung durch die Druckdifferenz zwischen der oberen Flüssigkeitskammer 1 und der Flüssigkeitskammer 12 in der Ausgleichskammer 10 bzw. 15. Drvbei sind jedoch noch die durch die mit verschiedenen Geschwindigkeiten strömenden Fiüssigkeitsschichten (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 poch, ob die Luftkammer 13 oberhalb der Membran U nach außen offen oder geschlossen ist und somit als Luftpolster wirkt.

Als wesentliche Abstimmungsparameter für die jeder Ausgleich&kammer zuzuordnenden Verlustwinkel sowie der zugehörigen Dämpfungsfrequenz und rlem 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.

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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 ti 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 daduch bedingte Beschleunigung der Flüssigkeit durch das Dämpfungssystem in is 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 IJ, 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 2s dynamische Verhärtung bewirkt, wie noch später erläutert wird.

Eine weitere Möglichkeit der Einstellung bzw. Veränderung der Parameter für den Wirkungsbereich der Ausgleichskammern ist in F i g. 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. Qi bedeutet die Flüssigkeitsmenge in der oberen Flüssigkeitskammer 1 des eigentlichen Lagers, die über die Rohrleitung 14 ausgetauscht werden kann, während mit Q die Flüssigkeiisiuerige in der Kammer 12 gekennzeichnet ist. Durch Einbau einer Venturidüse 17 in der gezeigten oder in umgekehrter Einbaurichtung können dabei die Drücke P\ und P₂ vor und hinter der Düse 17 entsprechend variiert und eingestellt werden. In gleicher Weise kann durch alternativen Einbau einer Drosselbiende 18 der Druck Pj 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 ei- ner 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, & h. zur Flüssigkeitsmasse in den Kammern 1 und 2 schwingt. Dadurch ist ein erheblich besseres akustisches Verhalten bedingt.

in den Diagrammen nach den F i g. 5 bis 8 sind Dämpfungsverhalten und dynamische Steifigkeit über der Frequenz aufgetragen und für ein herkömmliches Hy drolager und ein erfindungsgemäßes mit Ausgleichskammer gegenübergestellt.

Wie man dabei aus den F i g. 5 und 6 ersieht, in denen einmal die Dämpfung und einmal die dynamische Steifigkeit 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 F i g. 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 Sleifigkeitsspitzen 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 verringerten und bei hohen Frequenzen kleiner Amplitude absinkenden Steifigkeit eine hydraulische Entkopplung möglich ist, so daß sich ein optimales akustisches Verhalten ergibt

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweikammer-Motorlager mit hydraulischer Dämpfung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, dessen beide flüssigkeitsgefüllten und gummielastische Umfangswände aufweisenden Kammern über eine, mit einer Drosselöffnung versehenen Zwischenplatte hydraulisch miteinander verbunden sind und zusätzlich mindestens eine Ausgleichskammer vorgesehen ist, die mit der oberen Flüssigkeitskammer in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Ausgleichskammer (10; 15) außerhalb des Lagergehäuses liegt, durch eine Membran (11) in sich unterteilt ist und über eine, als -,5 Drosselstrecke wirkende Rohrleitung (14; 16) mit der oberen Flüssigkeitskammer (1) verbunden ist

2. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (14) zwischen der Ausgleichskammer (10) und der oberen Flüssigk^tskammer (1) gerade verläuft

3. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung (16) zwischen der Ausgleichskammer (15) und der oberen Flüssigkeitskammer (1) gekrümmt verläuft

4. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß (ils Rohrleitung (16) die obere Flüssigkeitskammer (1) kreisringförmig umschließt

5. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei Anordnung mehrerer AusgUchskammern (10,15) diese über Rohrleitungen (14,16) untcTschieiiUcher Länge und/oder unterschiedlichen Durchmessers an die obere Flüssigkeitskammer (1) angeschlosi ~«i sind.

6. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Membran (11) eine weitere Luftkammer (13) abgetrennt ist.

7. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (11) aus einer flexiblen Gummiplatte besteht.

8. Zweikamrner-Motorlager nach Anspruch 6, aadurch gekennzeichnet, daß die Membran (11) aus einer kreisringförmigen Gummiplatte mit einer zentralen, kreisscheibenförmigen Tilgermasse aus massivem Material besteht.

9. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftkammer (13) nach außen abgeschlossen ist. id

10. Zweikammer-Motorlager nach Anspruch il, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck in der Luftkammer (13) einstellbar ist.

11. Zweikammer-Motorlager nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rohrleitung (14; 16) eine Venturidüse (17) eingebaut ist.

12. Zweikammer-Motorlager nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in die Rohrleitung (14; 16) eine Drosselblende (18) eingebaut ist.