DE3616043A1 - Lager, insbesondere motorlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein körperschallisolierendes Lager der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Lager für die körperschallisolierende Lagerung des Antriebsaggregats für ein Kraftfahrzeug, im folgenden kurz "Motorlager" genannt, also ein primär auf axialen Druck dynamisch be­ lastetes federndes Lager.

Zur Verbesserung des Fahrkomforts und zur Erzielung einer guten akustischen Abkopplung zwischen Auflager und Wider­ lager des Federelements eines solchen Lagers ist es prin­ zipiell wünschenswert, eine Tragfeder mit einer möglichst weichen Federkennung einzusetzen. Diesem prinzipiellen Be­ streben steht in der Praxis jedoch die schlechte Dämpfung solcher Tragfedern entgegen. Die an ein ideales körper­ schallisolierendes Motorlager gestellten Anforderungen einer weichen Federkennung und gleichzeitig einer guten Dämpfung sind also funktionell einander entgegenstehende Merkmalsanforderungen, zwischen denen die Praxis den je­ weils optimalen Kompromiß finden muß. Dabei werden, wenn primär eine gute Dämpfung erforderlich ist, überwiegend Hydrolager der unterschiedlichsten Bauweisen eingesetzt, und werden, wenn eine gut körperschall-isolierende weiche Lagercharakteristik benötigt wird, überwiegend trockne, puffernde Gummilager verwendet.

Ausgehend von diesem Stand der allgemeinen Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Lager, insbeson­ dere Motorlager der eingangs genannten Art zu schaffen, das einerseits sowohl gute Körperschallisolation und eine weiche Federcharakteristik, gleichzeitig aber andererseits auch eine gute Dämpfung aufweist.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Lager, dessen Federweg durch elastomergedämpfte Anschläge begrenzt ist, vor, zur Dämpfung von Tragfederschwingungen gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 zwischen den Anschlägen der Federwegbegrenzung ein mit einem Dämpfungsfluid arbeitendes Dämpfungssystem einzu­ fügen.

Im Gegensatz zum Hydrolager klassischer Bauart, bei dem die Tragfeder direkt und unmittelbar, meist als Kammerwand ausgebildet, das Dämpfungsfluid volumenverschiebend beauf­ schlagt, Federsystem und Dämpfungssystem also wirkungs­ mäßig seriell angeordnet sind, sind beim Lager gemäß der Erfindung die Tragfeder und das Dämpfungssystem unabhängig voneinander und wirkungsmäßig parallel zueinander angeord­ net. Dies bewirkt vor allem, daß durch das Dämpfungs­ system keine Volumenversteifung für die Tragfeder in Kauf genommen zu werden braucht.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

So ist beispielsweise für eine Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß das Dämpfungssystem aus zwei in Richtung der der Tragfeder aufgeprägten Schwingungen hintereinander­ liegenden und mit einem Dämpfungsfluid gefüllten, jeweils von zumindest einer elastisch verformbaren Membranwand be­ grenzten Kammern besteht, die durch eine starre Trennwand voneinander getrennt und durch einen in oder an der Trenn­ wand ausgebildeten Kanal so miteinander verbunden sind, daß eine Verschiebung des Dämpfungsfluidvolumens zwischen den Kammern über diesen Kanal erfolgen kann. Die elasti­ schen Membranwände der Kammern sind dabei so zwischen den federwegbegrenzenden Anschlägen der Lagertragfeder ange­ ordnet, daß sie beim Anschlagen des Dämpfungssystems an diesen Anschlägen verformend beaufschlagt werden, und zwar die axial in Schwingungsrichtung gesehen obere Kammer am oberen Begrenzungsanschlag und entsprechend die untere Kam­ mer am unteren Begrenzungsanschlag. Wenn dabei die elasti­ schen Membranwände der Kammern ausreichend verschieden von­ einander ausgelegt sind, die Kammern also hinreichend un­ terschiedliche Volumensteifigkeiten aufweisen, wird durch diesen Anschlagvorgang die im Verbindungskanal eingeschlos­ sene Dämpfungsfluidsäule gegen ein in einer Richtung wir­ kendes Federsystem verschoben. Bei vorgegebener Federkon­ stante, vorgegebener Dichte des Dämpfungsfluides und vor­ gegebenem Kanalquerschnitt kann durch eine Veränderung der Kanallänge dieses aus der Masse des eingeschlossenen Dämp­ fungsfluids und der Feder bestehende schwingfähige System so abgestimmt werden, daß es in Resonanz zu einer durch das Schwingen der Tragfeder über die Anschläge auf die Kam­ mern aufgeprägten Schwingung treten kann, so daß also die der Tragfeder aufgeprägte Schwingung einer ausgeprägten Resonanzdämpfung oder Tilgung unterliegt.

Mit einem solcherart ausgestalteten Lager gemäß der Er­ findung wird dabei in besonders ausgeprägter Weise der Vorteil einer frequenzspezifischen wirksamen Dämpfung von Schwingungen erzielt, die von den gegeneinander federnd zu lagernden Teilen der Tragfeder aufgeprägt wer­ den, ohne daß eine Volumenversteifung der Tragfeder des Lagers in Kauf genommen zu werden braucht.

Die Tragfeder des Lagers ist vorzugsweise eine Gummifeder, insbesondere weiche Gummifeder, bei der die erforderliche Kombination zwischen weicher Federkonstante einerseits und mechanischer Festigkeit andererseits durch ein in einem Gummiblock ausgebildetes Kanalsystem bewerkstelligt wird.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Trennwand zwischen den beiden elastischen Dämpfungskam­ mern, die gleichzeitig inneres Anschlagelement zwischen den beiden außen umgreifenden Anschlagelementen der Feder­ wegbegrenzung des Lagers ist, mit einer radialen Trenn­ ebene zweiteilig ausgebildet. Jede der beiden Teil­ scheiben oder Teilbleche der zweiteilig ausgebildeten Trennwand ist dabei mit einer auf einer der Hauptober­ flächen der Teilbleche peripher umlaufend ausgebildeten offenen Ringnut ausgebildet. Die Ringnut in jedem der bei­ den Teilbleche ist dabei jeweils so dimensioniert, daß sich die beiden Ringnuten beim paßgenauen Aufeinander­ legen der beiden Teilbleche zu einem geschlossenen Ring­ kanal ergänzen. Jedes der beiden Teilbleche weist darüber­ hinaus eine zumindest im wesentlichen axial verlaufende durchgehende Bohrung auf, die sich auf der einen Seite zur Sohle der Nut, auf der gegenüberliegenden Seite auf der keine Nut aufweisenden Hauptoberfläche des Teilblechs öffnet. Beim Aufeinanderlegen der Teilbleche kommuniziert also die auf der einen Oberfläche freiliegende Bohrungs­ öffnung über den Ringkanal mit der auf der gegenüberlie­ genden Seite der Trennwand im anderen Teilblech freilie­ genden Öffnung der Bohrung. Diese Öffnungen münden bei zusammengebautem Lager in die elastisch verformbaren und mit dem Dämpfungsfluid gefüllten Kammern.

Jedes der Teilbleche ist weiterhin jeweils in der Nut und zumindest im wesentlichen im Bereich der Bohrung mit einem axialen Trennblech oder in anderer Weise ausgebildeten Verschlußelement versehen, das beim Zusammenfügen der bei­ den Teilbleche derart in die aufgelegte Nut eingreift, daß der von beiden Ringnuten gebildete Ringkanal dadurch an der Stelle, an der das axiale Teilblech eingefügt ist, verschlossen wird. Durch ein einfaches Verdrehen der beiden Teilbleche gegeneinander kann dadurch die zwischen beiden Bohrungen wirksame Kanallänge zu Abstimmungszwecken und mit genauer Justierung verändert werden. Nach Festlegung der für die Resonanz erforderlichen Kanallänge werden die beiden Teilbleche dann fest und fluiddicht miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, verlötet oder ver­ schweißt.

Schließlich wird es für zahlreiche Anwendungsfälle wün­ schenswert und vorteilhaft sein, statt axial auf jeder Seite der Trennwand eine umlaufende Kammer vorzusehen, mehrere solcher Kammern radial gleichmäßig über die Peripherie der Trennwand verteilt vorzusehen. Durch die leichte gemeinsame Abstimmbarkeit durch ein einfaches Verdrehen der beiden Teilbleche gegeneinander lassen sich auch solche Mehr­ kammertilgersysteme problemlos auf die jeweils gewünschte Resonanzfrequenz abstimmen.

Durch eine solche Segmentierung der über den Umfang der Trennwand verteilten elastischen Federkammern zur Beauf­ schlagung der Dämpfungsflüssigkeit läßt sich darüber hinaus vor allem auch die Einstellung verschiedener Resonanz­ frequenzen für das Tilgersystem, das heißt also die Ab­ stimmung der Dämpfung auf mehrere störende Frequenzen, die zu dämpfen sind, erreichen. Dazu brauchen die einzelnen Segmente der Dämpfungskammern lediglich mit unterschiedlicher Geometrie ausgebildet zu werden, vorzugsweise mit unterschied­ lich langen Resonanzkanälen, ggf. auch mit Resonanzkanälen, die verschiedene Querschnitte aufweisen.

Die Erfindung ist im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 im Axialschnitt ein Ausführungs­ beispiel des Lagers gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 einen Schnitt nach II-II in Fig. 1 in Teildarstellung.

Ein Ausführungsbeispiel des köperschallisolierenden Lagers gemäß der Erfindung in der Ausbildung als Motorlager für ein Kraftfahrzeug ist im Axialschnitt in der Fig. 1 darge­ stellt. Das Lager besteht im wesentlichen aus einem last­ aufnehmenden Auflagerblech 1, einem Widerlagerblech 3, das auf einem Widerlager 2 gehaltert ist, und einer zwischen dem Auflagerblech 1 und dem Widerlagerblech 3 angeordneten Tragfeder 4. Die Tragfeder 4 ist eine Gummifeder, die aus einem mit Kanälen 5 durchsetzten Gummiblock besteht und sich durch eine besonders weiche Federcharakteristik aus­ zeichnet.

Der Federweg der Tragfeder 4 ist durch einander umgreifende Anschläge begrenzt, von denen ein oberer Anschlag 6 und ein unterer Anschlag 7 fest mit dem Auflagerblech verbunden sind und einen inneren ringförmigen Anschlag 8 umgreifen, der fest mit dem Widerlagerblech 3 verbunden ist. Die äußeren Federwegbegrenzungsanschläge 6, 7 sind mit einer Elastomerbeschichtung 9, 10 federnd und dämpfend belegt.

Zur Dämpfung von Tragfederschwingungen zwischen den An­ schlägen 6, 7 der Federwegbegrenzung 6, 7, 8 ist um den in­ neren ringförmigen Anschlag 8 herum zwischen den äußeren Anschlägen 6, 7 ein mit einem Dämpfungsfluid 11 arbeitendes Dämpfungssystem 12 eingefügt.

In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel besteht das Dämpfungssystem 12 aus zwei Kammern 13, 14, die mit dem Dämpfungsfluid 11 gefüllt sind und von elastisch verform­ baren Membranwänden 15, 16 begrenzt sind. Die beiden Kam­ mern 13, 14 des Dämpfungssystems sind horizontal durch den ringförmigen Anschlag 8, der als Trennwand 8 dient, von­ einander getrennt, so daß also die beiden Kammern 13, 14 in axialer Richtung, also auch in Richtung der der Trag­ feder 4 aufgeprägten und zu bedämpfenden Schwingungen, hintereinander liegen. Zumindest eine der Kammern 13, 14, hier die Kammer 13, weist eine quer zum Vektor S der auf die Tragfeder 4 einwirkenden statischen oder dynamischen Auflast angeordnete elastische Membran, hier die Membran 15, auf.

Die durch die Trennwand 8 horizontal voneinander getrenn­ ten Kammern 13, 14 sind durch einen Kanal 17, der sich durch eine Bohrung 18 in die Kammer 13 und durch eine Bohrung 19 in die Kammer 14 öffnet, kommunizierend mit­ einander verbunden. Die Kammern 13, 14, der Kanal 17 und die Verbindungsöffnungen oder Bohrungen 18, 19 sind luft­ blasenfrei mit dem Dämpfungsfluid 11 gefüllt. Eine das Volumen der Kammer 13 vermindernde Verformung der Membran 15 führt zu einer Volumenverschiebung des Dämpfungsfluids 11 aus der Kammer 13 durch die Bohrung 18 über den Kanal 17 und durch die Bohrung 19 hindurch in die Kammer 14. Bei Aufhebung der diese Verformung verursachenden Krafteinwir­ kung, also bei einer Rückschwingbewegung der Trennwand 8 vom Anschlag 6 fort in Richtung auf den Anschlag 7 zu, wird zunächst durch die Rückstellkraft der elastischen Membran 15 die Umkehr der vorstehend beschriebenen Volumen­ verschiebung der Dämpfungsflüssigkeit eingeleitet, die dann bei einer Verformung der unteren Membran 16 bei Ver­ formung durch den unteren Anschlag 7 in Richtung von der Kammer 14 zur Kammer 13 über den spannungsfreien Zustand der Membran 15 hinaus bis zu einem die Membran 15 dehnen­ den Zustand fortschreitet. Diese von der Kammer 14 in die Kammer 13 gerichtete Volumenverschiebung des Dämpfungs­ fluids wird dann durch die Rückstellkraft der Membran 15 und/oder deren Verformung am oberen Anschlag 6 wiederum umgekehrt. Auf diese Weise gerät die im Kanal 17 stehende Dämpfungsfluidsäule unter der Federbeaufschlagung durch die gegenüber der Membran 16 mit der größeren Federkon­ stante ausgebildeten Membran 15 in eine Schwingung, die sich rasch bei einer Eigenfrequenz stabilisiert. Diese Eigenfrequenz der im Kanal 17 schwingenden Dämpfungs­ fluidsäule ist, von Störeinflüssen abgesehen, eine Funk­ tion der Differenz der Federkraft der Membran 15 gegen­ über der Membran 16, des Querschnitts des Kanals 17, der Länge des Kanals 17 und der Dichte des Dämpfungsfluids. Durch eine Veränderung der Länge des Kanals 17 kann diese Eigenfrequenz auf die Frequenz der in Richtung des Vektors F auf die Tragfeder 4 einwirkenden Frequenz abgestimmt werden, so daß im Dämpfungssystem 12 Resonanzschwingungen zu der der Tragfeder 4 aufgeprägten Schwingung angeregt werden können, das Dämpfungssystem 12 also bezüglich der in der Tragfeder 4 wirksamen Störschwingungen als Tilger wirkt. Dabei kann diese Resonanzdämpfung oder Tilgung der Tragfeder 4 frei eingestellt und erreicht werden, ohne daß die Federkenndaten der Tragfeder 4 in unerwünschter Weise verändert, insbesondere im Sinne einer Versteifung verändert zu werden brauchen. Die Parameter des Dämpfungs­ systems 12 und der Tragfeder 4 sind also unabhängig von­ einander in weiten Grenzen praktisch frei wählbar.

In der insbesondere aus Fig. 1 ersichtlichen Weise be­ steht die Trennwand 8 aus zwei aufeinanderliegenden Teil­ blechen 20, 21, von denen jedes eine peripher umlaufende offene Nut 22, 24 aufweist, die, übereinanderliegend, den geschlossenen Ringkanal 17 bilden. Jedes der Teilbleche 20, 21 weist eine die Nutsohle öffnende durchgehende und zumindest im wesentlichen axial verlaufende Bohrung 18 bzs. 19 auf. Angrenzend an diese Bohrungen 18,19 ist in jeder der beiden Ringnuten 22, 24 ein Verschlußstück oder Trennblech 25, 26 (Fig. 2) angeordnet, das bei aufeinan­ derliegenden Trennblechen 20, 21 den Kanal 17 an dieser Stelle verschließt, so daß die wirksame und die Eigen­ frequenz festlegende Länge des Kanals 17 zwischen den beiden Bohrungen 18, 19 durch diese Trennbleche 25, 26 definiert ist. Dabei kann diese Länge des Kanals 17 zu Abstimmzwecken durch einfaches radiales Verdrehen der beiden Teilbleche 20, 21 gegeneinander verändert wer­ den.

Der Fachmann erkennt ohne weiteres, daß dabei die Ab­ stimmung der Resonanzfrequenz auch auf beliebige andere Weise vorgenommen und der Kanal 17 mit anderen Konstruk­ tionsmitteln realisiert werden kann.

Um die für die Erzeugung der Tilgerschwingung im Kanal 17 erforderliche Federkraft möglichst unabhängig von anderen geometrischen oder dynamischen Einflüssen zu halten, also unabhängig vom geometrischen Zustand des Lagers die die Resonanzschwingung im Kanal 17 bewirkende Federkonstante unverändert zu halten, sind die axialen Membranwände 27, 28 und 29, 30, insbesondere jedoch die axialen Membranwände 27, 28 der steiferen horizontalen Membranwand 15, die quer zum Vektor F der auf die Tragfeder 4 einwirkenden und zu bedämpfenden Schwingung liegt, gegen eine radiale Verfor­ mung oder radiale Ausbauchung der Kammer versteift. Dies erfolgt vorzugsweise in der aus Fig. 1 erkennbaren Art durch eine Verstärkung und/oder werkstofftechnische Ver­ steifung dieser axialen Membranwände 27, 28 selbst oder kann, in einer hier in den Figuren nicht dargestellten Weise, dadurch erfolgen, daß die axialen Membranwände von geeigneten Käfigen oder Käfigringen umgeben werden. Entscheidend für das Zustandekommen der zur Tilgerbedämp­ fung der in die Tragfeder 4 eingeleiteten Schwingungen ist dabei lediglich das Zustandekommen einer Resonanz­ schwingung im Kanal 17, für die wiederum erforderlich ist, daß die im Kanal 17 eingeschlossene Masse von einer Feder, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel der Membran 15, beaufschlagt wird, die eine konstante Federkonstante auf­ weist. Dieses konstruktive Optimum kann in guter Näherung durch die in Fig. 1 gezeigte Seitenversteifung der axialen Membranwände 27, 28 und gegebenenfalls auch 29, 30 erreicht werden.

Die dieser Beschreibung beliegende Zusammenfassung ist Be­ standteil der ursprünglichen Offenbarung der vorliegenden Erfindung.

Claims (11)

1. Körperschallisolierendes Lager, insbesondere Motorlager für ein Kraftfahrzeug, mit einem lastaufnehmenden Auf­ lagerblech (1), einem Widerlagerblech (3), einer zwischen beiden Blechen angeordneten Tragfeder (4) und mit einer Federwegbegrenzung (6, 7, 8) mit einander umgreifenden elastomergedämpften Anschlägen, wobei die Anschläge, nicht notwendigerweise auch die Elastomer- Dämpfungsmittel, an den Lagerblechen ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß zur Dämpfung von Tragfederschwingungen zwischen den Anschlägen (6, 7) der Federwegbegrenzung (6, 7, 8) ein mit einem Dämpfungsfluid (11) arbeitendes Dämpfungs­ system (12) eingefügt ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungssystem (12) aus zwei in Schwingungs­ richtung hintereinanderliegenden und mit Dämpfungs­ fluid (11) gefüllten, von elastisch verformbaren Membranwänden (15, 16) begrenzten Kammern (13, 14) besteht, die durch eine starre, den inneren der einander umgreifenden Anschläge bildende Trennwand (8) vonein­ ander getrennt und durch eine Drosselöffnung oder einen Kanal (17) in der Trennwand (8) so miteinander verbunden sind, daß eine Verschiebung des Dämpfungsfluidvolumens zwischen den Kammern (13, 14) erfolgen kann.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine (13) der Kammern (13, 14) zumindest eine quer zum Vektor (F) der auf die Tragfeder ein­ wirkenden statischen oder dynamischen Auflast angeordnete elastische Membran (15) aufweist.

4. Lager nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Membranwände (15, 16) der beiden in Reihe liegenden Kammern (13, 14) unterschiedliche Volumensteifigkeiten aufweisen.

5. Lager nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Trennwand (8) ausgebildete Kanal (17) als Resonanzkanal für das ihn ausfüllende Dämpfungs­ fluid (11) ausgelegt ist.

6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Kanal (17) zum Zweck der Abstimmung auf eine einzustellende Resonanzfrequenz in seiner Länge veränderbar ist.

7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (8) aus zwei aufeinanderliegenden Teilblechen (20, 21) besteht, von denen jedes eine peripher umlaufende offene Nut (22, 24), an einer Stelle eine die Nutsohle öffnende durchgehende und zumindest im wesentlichen axial verlaufende Bohrung (18, 19) und angrenzend an die Bohrung (18, 19) ein axiales Trenn­ blech (25, 26) aufweist, das den von den aufeinander­ liegenden Nuten (22, 24) der Teilbleche (20, 21) der Trenn­ wand (8) gebildeten Ringkanal (17) an dieser Stelle ver­ schließt.

8. Lager nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elastisch verformbaren Membranwände (15, 16) der Kammern (13, 14) die Form eines Ringschlauches haben, der in seiner radialen Mittelebene durch die Trennwand (8) in zwei axial übereinanderliegende Kammern (13, 14) unterteilt ist, die über die Drossel­ öffnung oder den Kanal (17) in der Trennwand (8) mitein­ ander verbunden sind.

9. Lager nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ringkammern (13, 14) radial in mehrere, insbesondere drei oder vier, einzelne Teilkammern unterteilt sind.

10. Lager nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Membranwände (27, 28; 29, 30) gegen eine radiale Verformung versteift sind, insbesondere durch formstabile Käfige oder Käfigringe oder durch eine geo­ metrisch und/oder werkstofftechnisch bewirkte Versteifung dieser axialen Membranwände selbst.

11. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragfeder (4) eine Gummifeder ist.