DE3617813A1

DE3617813A1 - Motorlager

Info

Publication number: DE3617813A1
Application number: DE19863617813
Authority: DE
Inventors: Giacomo Sciortino
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1986-05-27
Filing date: 1986-05-27
Publication date: 1987-12-03
Also published as: FR2599452B1; DE3617813C2; US4796876A; FR2599452A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorlager mit hydraulischer Dämpfung, enthaltend einen durch ein Auflager, eine Tragfeder, ein Traglager und eine Trennwand begrenzten Arbeitsraum und einen durch die Trennwand und eine nachgiebige Pufferwand begrenzten Ausgleichsraum, die durch eine Drosselöffnung verbunden und mit Flüssigkeit gefüllt sind, wobei die Trennwand und wenigstens einem Teilbereich ein zwischen dem Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum verschiebbares Kompensationsteil umfaßt, wobei das Kompensationsteil und die Trennwand radial ineinander liegend angeordnet und durch eine elastische Ringmembrane verbunden sind und wobei für die Begrenzung der Verschiebbarkeit des Kompensationsteiles Anschläge vorgesehen sind.

Auf ein Motorlager der vorgenannten Art nimmt die deutsche Patentanmeldung 27 27 244 bezug. Die Drosselöffnung ist dabei in dem zwischen dem Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum verschiebbaren Teil der Trennwand angeordnet und von kurzer Länge, wobei die Beweglichkeit der Trennwand durch beiderseits zugeordnete Anschläge auf eine Größenordnung von wenigsten Zehntel Millimetern beschränkt ist. Sowohl die Eigenschaften als auch die Möglichkeiten einer einfachen Herstellbarkeit sind bei dieser vorbekannten Ausführung wenig befriedigend. Vor allem die Gewährleistung des geringen Spiels des beweglichen Teils der Trennwand bereitet unter praxisüblichen Bedingungen große Schwierigkeiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Motorlager der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich neben einer vereinfachten Herstellbarkeit bei gleichzeitiger Einleitung von Schwingungen einer großen Amplitude eine verbesserte Dämpfungswirkung ergibt und bei Einleitung von Schwingungen einer Amplitude von weniger als 0,1 mm eine verbesserte Isolierung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentbegehrens gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltung nehmen die Unteransprüche bezug.

Die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen Motorlagers nutzt die Nichtlinearität der hydraulischen Dämpfungskraft aus, deren Proportionalität zum Quadrat der relativen Geschwindigkeit der Flüssigkeit durch die Drossel sowie deren Wirkung auf die (äquivalente) Flüssigkeitsmasse bestimmt wird.

Der Arbeits-, der Ausgleichsraum und die Drosselöffnung des erfindungsgemäßen Motorlagers ist bei allen Ausführungen mit einer niederviskosen, inkompressiblen Flüssigkeit gefüllt. Diese wird bei Einleitung der betriebsbedingt auftretenden Schwingungen der Einwirkung von Beschleunigungskräften ausgesetzt, was von einer Veränderung des hydraulischen Druckes begleitet ist. Das eine Tilgermasse umfassende, zwischen dem Arbeits- und dem Ausgleichsraum verschiebbare Kompensationsteil erfährt dadurch eine komplexe Auslenkung. Diese ist in Abhängigkeit von den jeweils eingeleiteten Kräften stetig veränderlich. Dadurch entstehen verschiedene Schwingungsformen, was eine Verringerung der dynamischen Steifigkeit bei Einleitung hochfrequenter Schwingungen oberhalb von 30 Hertz ermöglicht. Bei dem erfindungsgemäßen Motorlager ergibt sich dadurch eine ausgezeichnete Isolierung solcher Schwingungen, wobei von hervorzuhebender Bedeutung ist, daß sich diese Isolierwirkung auch dann einstellt, wenn gleichzeitig niederfrequente Schwingungen unterhalb von 20 Hertz in das Motorlager eingeleitet werden. Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Motorlagers ergibt sich aus dem in Fig. 2 gezeigten, physikalischen Ersatzschaltbild. Die eingetragenen Werte haben die folgende Bedeutung:

Erklärung zu dem physikalischen Modell (siehe Bild Nr. 2)

Die Kraft F _(t) und die Straßenerregungsgeschwindigkeit V _0(t) sind die Störungsparameter. Fd, Fr sind die Dämpfungskräfte.

Für den passiven Dämpfer gilt:

M Masse des Motors Mf Äquivalente Masse der oberen Arbeitskammer Mred Masse des reduzierten Tilgersystems Co Koppelfedersteifigkeit des oberen Arbeitsraumes Cu Koppelfedersteifigkeit des unteren Arbeitsraumes Ro Kennfunktion des Kanalsystems. Sie ist eine Funktion, die von der Drossellänge, dem Durchmesser, der Drosselgestaltung, der Strömungsart, der Massenträgheit des Fluidums und des Verhältnisses:hydraulische Nachgiebigkeit des Arbeitsraumes bestimmt wird.

γ Verhältnis (Dämpfungs- oder Wirkungsgradverhältnis) der Kennfunktion der Tilgersysteme Rr, β Ru bezogen auf die Kennfunktion des Kanalsystems Ro. β Verhältnis (Dämpfungs- oder Wirkungsverhältnis) der Kennfunktion Ru, γ Rr bezogen auf die Kennfunktion des Kanalsystems Ro. μ Verhältnis zwischen der komplexen Steifigkeit des Tilgersystems (Mred) und der Koppelfedersteifigkeit Co. η Verhältnis zwischen der komplexen Steifigkeit des Tilgersystems (Mred) und der Koppelfedersteifigkeit Cu. Cr Kennfunktion des Tilgersystems Mred. Sie ist eine Funktion, die von der Gestaltung des reduzierten Tilgersystems und der Koppelfedersteifigkeit Co abhängig ist.

Im Hinblick auf die Auslegung des erfindungsgemäßen Motorlagers für die Abstützung üblicher Kfz.-Motoren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das Verhältnis aus den insgesamt vorhandenen Tilgermassen und der anteiligen Masse des Motors maximal 0,1 beträgt und das Verhältnis aus der Steifigkeit einer jeden Ringmembran und der Steifigkeit der Tragfeder maximal 1,0. Es ist zu berücksichtigen, daß bei einer Variation eines der beiden Parameter stets auch der andere Parameter im gleichen Richtungssinne verändert werden muß. Die Grobabstimmung kann dabei aufgrund theoretischer Berechnung erfolgen, wozu es einer weiteren Erläuterung an dieser Stelle nicht bedarf. Die Feinabstimmung ist der praktischen Erprobung des mit dem vorgeschlagenen Motorlager ausgestalteten Kraftfahrzeuges unter normalen Betriebsbedingungen vorbehalten.

Eine weitere Verbesserung der Wirksamkeit läßt sich erzielen, wenn das Verhältnis aus der hydraulisch wirksamen Kolbenfläche des an der Tragfeder festgelegten Auflagers und der entsprechenden hydraulisch wirksamen Fläche des die Tilgermasse umfassenden Kompensationsteiler im Bereich zwischen 1 und 16 liegt, vorteilhaft in dem Bereich zwischen 2 und 8. Die erstgenannte Kolbenfläche umfaßt etwa zwei Drittel derjenigen Fläche, die sich ergibt, wenn man die Unterseite des Auflagers und der Tragfeder auf eine sich quer zu ihrer Bewegungsrichtung erstreckende Fläche projiziert. Die letztgenannte Fläche umfaßt die entsprechend projizierte Abbildung einer jeden Tilgermasse, vergrößert um 50% der in gleicher Weise projizierten Fläche der anschließenden Ringmembranen.

Sämtliche bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Motorlager zur Anwendung gelangenden Ringmembranen sind so ausgebildet, daß sie ohne nennenswerte Dämpfungsarbeit verformbar sind. Die angesprochene Tilgerwirkung kommt hierdurch besonders deutlich zum Tragen.

Die zur Anwendung gelangenden Tilgermassen haben in bezug auf eine Verwendung des vorgeschlagenen Motorlagers an einem Kfz-Motor ein Gewicht von 10 bis 200 g, bei PKW-Motoren zumeist ein Gewicht von 10 bis 50 g. Eine von der absoluten Kreisform abweichende Gestaltung der Tilgermasse und der zugehörigen Ringmembranen ist möglich. Oval oder polygonförmig begrenzte Ausführungen können dadurch mit in die Überlegungen einbezogen werden.

Die Drosselöffnung kann im starr festgelegten oder im relativ verschiebbaren Teil der Trennwand vorgesehen werden. Eine Anordnung im starr festgelegten Teil der Trennwand wird bevorzugt.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Anlage beigefügten Zeichnungen weiter erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemäßen Motorlagers in längsgeschnittener Darstellung,

Fig. 3 bis 5 unterschiedliche Gestaltungsformen von im starr festgelegten Teil der Trennwand enthaltenen Drosselöffnungen,

Fig. 6 bis 8 unterschiedliche Ausbildungsmöglichkeiten hinsichtlich der Gestaltung der Trägheitsmasse,

Fig. 9 bis 12 unterschiedliche technische Möglichkeiten für die Begrenzung der Beweglichkeit des beweglichen Teils der Trennwand.

Das in Fig. 1 gezeigte Motorlager enthält einen durch ein Auflager 1, eine Tragfeder 2, das Traglager 9 und die Trennwand 7 begrenzten Arbeitsraum 2 sowie einen durch die Trennwand und eine nachgiebige Pufferwand 3 begrenzten Ausgleichsraum 10, wobei der Arbeitsraum 2 und der Ausgleichsraum 10 durch zwei parallel zueinander verlaufende Drosselöffnungen 4 verbunden sind. Die Drosselöffnungen 4 sind im starr eingespannten Teil der Trennwand 7 angeordnet und haben eine voneinander verschiedene Länge und einen voneinander verschiedenen Durchmesser. Sie sind ebenso wie der Arbeits- und der Ausgleichsraum mit einer niederviskosen Flüssigkeit gefüllt, in aller Regel mit Glykol und Wasser.

Die Trennwand 7 umfaßt in ihrem mittleren Bereich ein zwischen dem Arbeitsraum 2 und dem Ausgleichsraum 10 verschiebbares Kompensationsteil, das durch zwei kreisförmig begrenzte, radial ineinander liegende Trägheitsmassen 6 gebildet wird. Die Trägheitsmassen 6 sind untereinander und mit dem starr festgelegten Teil der Trennwand 7 durch Ringmembranen 8 verbunden.

Die Beweglichkeit der Trägheitsmassen 6 ist in axialer Richtung durch Anschläge 5 begrenzt. Diese bilden einen einstückigen Bestandteil des starren Teiles der Trennwand 7. Anschlaggeräusche der Trägheitsmassen werden durch einstückig an die innenliegenden Trägheitsmassen 6 anvulkanisiert, ringförmig ausgebildete Anschlagpuffer vermieden.

Die Anschlagpuffer zeigen einen linearen Verlauf der Verformung. Sie haben im nichterregten Zustand der Trägheitsmasse einen beiderseitigen Abstand von etwa 4 mm von den jeweils zugeordneten Anschlägen.

Gegenseitige Zuordnung und Ausbildung der die Drosselöffnung bildenden Einzeldurchlässe werden in den Fig. 3 und 4 beispielhaft gezeigt. In diesem Fall haben beide Einzeldurchlässe einen übereinstimmenden Querschnitt, der rechteckig begrenzt ist. Sie stehen durch einen Querpaß 11 in einem Abstand von den beiderseitigen Mündungen in gegenseitiger Verbindung.

Fig. 5 zeigt die Abwicklung einer Drosselöffnung aus einer beliebig großen Anzahl von Einzeldurchlässen, die alle im starren Teil der Trennwand 7 einer Ausführung ähnlich Fig. 1 angeordnet sein können und die bei einem gegebenenfalls voneinander verschiedenen Querschnitt eine voneinander abweichende Länge L₁, L₂ . . . L _n aufweisen können. Die in den einzelnen Drosselöffnungen enthaltenen Volumina und damit auch die jeweiligen Massen an Flüssigkeit sind unterschiedlich, was dazu führt, daß sie bei einer voneinander abweichenden Frequenz eingeleiteter Schwingungen in Resonanzschwingung geraten und eine hochgradige Dämpfung der jeweiligen Frequenz bewirken. Diese ist auch in nicht benachbarten Frequenzbereichen technisch noch gut nutzbar, somit in einem Frequenzband gewisser Breite, was erlaubt, die bei sich allmählich verändernder Frequenz eingeleiteter Schwingungen abnehmende Dämpfungswirkung des einen Einzeldurchlasses durch die neu einsetzende Dämpfungswirkung eines anderen Einzeldurchlasses mit geringfügig vergrößerter Länge kompensieren. Bei einer ausreichend großen Anzahl von Einzeldurchlässen mit entsprechender fein variierter gegenseitiger Abstufung der Längen läßt sich so eine ausgezeichnete Dämpfungswirkung in einem breiten Frequenzbereich erzielen.

Die Fig. 6 bis 8 geben unterschiedliche Formen für die Ausführung und die Befestigung der Trägheitsmassen in längsgeschnittener Darstellung wieder.

Die Trägheitsmassen und die sie tragenden Ringmembranen sind dabei jeweils rotationssymmetrisch ausgebildet.

In den Fig. 9 bis 12 werden unterschiedliche Anschläge gezeigt, die die axiale Beweglichkeit der Trägheitsmasse begrenzen. Sie haben bei dem außer Betrieb befindlichen Motorlager einen Abstand von etwa 0,5 bis 5 mm von der nächstbenachbarten Stelle der Trägheitsmasse, wodurch sich eine gegenseitige Berührung nur beim Auftreten effektiver Überlastungen ergibt. Einer unbeabsichtigten Zerstörung der Membranen wird hierdurch vorgebeugt. Klappergeräusche lassen sich durch die Anbringung von Anschlagpuffern wirksam unterdrücken.

Bei den Ausführungen nach den Fig. 9 bis 11 sind die Anschläge den Trägheitsmassen in Bewegungsrichtung vorgelagert. Sie sind im Regelfalle von kreisförmiger Gestalt, können jedoch auch in der in Fig. 11 gezeigten Weise aus gleichmäßig auf dem Umfang verteilten, in radialer Richtung nach innen vorspringenden Nocken bestehen.

In Fig. 12 wird ein Anschlag gezeigt, der die Trägheitsmasse 6 und die Ringmembran 8 in axialem Abstand radial umschließt. Er ist je nach Auslenkungsrichtung der Trägheitsmasse 6 durch den einen oder den anderen der beiden in axialer Richtung vorspringenden Ringwülste 12 der Ringmembrane 8 berührbar, was zu einer Begrenzung der axialen Beweglichkeit der Trägheitsmasse 6 führt. Die Anschläge vermögen bei dieser Ausführung die Beaufschlagung der Trägheitsmasse 6 durch den Druck der in dem Arbeitsraum enthaltenen Flüssigkeit in keiner Weise zu behindern. Die Wirksamkeit der Trägheitsmasse 6 kommt dadurch voll zum Tragen und gewährleistet die Erzielung einer ausgezeichneten Entkopplung hochfrequenter Schwingungen.

Claims

1. Motorlager mit hydraulischer Dämpfung, enthaltend einen durch ein Auflager, eine Tragfeder, ein Traglager und eine Trennwand begrenzten Arbeitsraum und einen durch die Trennwand und eine nachgiebige Pufferwand begrenzten Ausgleichsraum, die durch eine Drosselöffnung verbunden und mit Flüssigkeit gefüllt sind, wobei die Trennwand in wenigstens einem Teilbereich ein zwischen dem Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum verschiebbares Kompensationsteil umfaßt, wobei das Kompensationsteil und die Trennwand radial ineinander liegend angeordnet und durch eine elastische Ringmembran verbunden sind und wobei für die Begrenzung der Verschiebbarkeit des Kompensationsteiles Anschläge vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Kompensationsteil aus einer kreisförmig begrenzten Trägheitsmasse (6) besteht und daß die Drosselöffnung kanalartig ausgebildet ist.

2. Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trägheitsmasse (6) aus wenigstens 2 radial ineinander liegenden Ringscheiben besteht, die durch Ringmembranen (8) aneinander festgelegt sind.

3. Motorlager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung (4) wenigstens zwei kanalartig ausgebildete Einzeldurchlässe umfaßt, die jeweils den Arbeitsraum (2) und den Ausgleichsraum (10) verbinden und die eine voneinander abweichende Länge haben.

4. Motorlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldurchlässe einen voneinander verschiedenen Querschnitt haben.

5. Motorlager nach Anspruch 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldurchlässe parallel zueinander angeordnet sind.

6. Motorlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzeldurchlässe in einem beiderseitigen Abstand von den Mündungen durch einen Querpaß (11) verbunden sind.

7. Motorlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis aus dem Querschnitt des Querpaß (11) und dem Querschnitt eines jeden der anschließenden Einzeldurchlässe 1-3 beträgt.

8. Motorlager nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselöffnung (4) in dem starr mit dem Traglager (9) des Motorlagers verbundenen Teil der Trennwand (7) angeordnet ist.