DE3638647A1 - Schwingungsdaempfer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schwingungsdämpfer für Kraft­ fahrzeuge und andere Fahrzeuge, Maschineninstrumente u.dgl., der nicht nur Schwingungen niedriger Frequenz und großer Amplitude in ausreichendem Maße dämpft, sondern auch Schwin­ gungen hoher Frequenz und kleiner Amplitude von einer Schwingungsquelle wirkungsvoll zu isolieren vermag.

Der herkömmliche bekannte Schwingungsdämpfer wird in großem Umfang bei der Motoraufhängung von Kraftfahrzeugen verwendet und umfaßt ein mit dem Fahrzeug-Fahrgestell verbundenes Ge­ häuseteil, ein mit dem Motor verbundenes Gehäuseteil, ein elastisches Bauteil, das zwichen den Gehäuseteilen angeord­ net ist und mit ihnen eine geschlossene Kammer bildet, eine in die geschlossene Kammer eingefüllte inkompressible Flüs­ sigkeit, z.B. Wasser o.dgl., eine Trennwand, die mit ihrem Umfangsrand an einem der beiden Gehäuseteile befestigt ist und die geschlossene Kammer in zwei kleine Kammern unter­ teilt, und einen verengten Durchlaß, der in der Trennwand angeordnet ist und die beiden kleinen Kammern miteinander verbindet.

Vom Motor auf einen solchen Schwingungsdämpfer übertragene Schwingungen können durch einen Strömungswiderstand gedämpft werden, den die Flüssigkeit erfährt, wenn sie durch den ver­ engten Durchlaß von der einen in die andere der kleinen Kam­ mern strömt, durch den durch die innere Reibung der Flüssig­ keit selbst hervorgerufenen Widerstand, durch innere Reibung des elastischen Bauteils u.dgl.

Wenn jedoch bei diesem Schwingungsdämpfer die auf ihn über­ tragenen Schwingungen eine hohe Frequenz von nicht weniger als 50 Hz und eine kleine Amplitude haben, kommt es unter dem Einfluß von Widerstand infolge flüssiger Reibung und der Trägheitskraft der Flüssigkeit, von Reibungskräften zwischen der Flüssigkeit und dem verengten Durchlaß u.dgl. zu einer Verstopfung des verengten Durchlasses. Folglich führt die rasche Zunahme der dynamischen Federsteife im Schwingungs­ dämpfer dazu, daß der Fahrkomfort im Fahrzeug beträchtlich herabgesetzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorste­ hend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik in vor­ teilhafter Weise zu überwinden und einen Schwingungsdämpfer zu schaffen, der die sich widersprechenden Fähigkeiten der Dämpfung von Schwingungen niedriger Frequenz und großer Am­ plitude und der Isolierung von Schwingungen hoher Frequenz und kleiner Amplitude in besonders wirkungsvoller Weise in sich vereint.

Die Aufgabe ist bei einem Schwingungsdämpfer mit zwei mit getrennten Bauteilen verbundenen Gehäuseteilen, einem ela­ stischen Bauteil, das zwischen den Gehäuseteilen so angeord­ net ist, daß eine geschlossene Kammer gebildet ist, einer in die geschlossene Kammer eingefüllten inkompressiblen Flüs­ sigkeit, einer Trennwand, die mit ihrem Umfangsrand an einem der beiden Gehäuseteile befestigt ist und die geschlossene Kammer in zwei kleine Kammern unterteilt, und einem vereng­ ten Durchlaß, der in der Trennwand so angeordnet ist, daß er die beiden kleinen Kammern miteinander verbindet, erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß

• - die Trennwand mit einer Hilfsflüssigkeitskammer versehen ist, die mit derselben oder einer anderen als der genann­ ten Flüssigkeit gefüllt ist, und
• - zwischen jeder der kleinen Kammern und der Hilfsflüssig­ keitskammer eine flexible Membrane angeordnet ist.

Wenn auf den erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer Schwingun­ gen von niedriger Frequenz und großer Amplitude übertragen werden, wird deren wirkungsvolle Dämpfung hauptsächlich durch Strömungswiderstand und Resonanz der Flüssigkeitssäule erreicht, denen die Flüssigkeit beim Strömen durch den ver­ engten Durchlaß von der einen zur anderen der kleinen Kam­ mern unterliegt. Wenn dagegen auf den Schwingungsdämpfer Schwingungen von hoher Frequenz und kleiner Amplitude über­ tragen werden, wird deren ausreichende Isolierung durch die Verformung der beiden flexiblen Membranen erreicht, ausge­ hend vom Druckunterschied zwischen den beiden kleinen Kam­ mern bei Verstopfung des verengten Durchlasses, also durch die Verlagerung der Hilfsflüssigkeitskammer von der Hoch­ druck- zur Niederdruckseite.

Die von den flexiblen Membranen begrenzte Hilfsflüssigkeits­ kammer ist in der Trennwand ausgebildet, so daß eine Zunahme der dynamischen Federsteife im Schwingungsdämpfer gegen Schwingungen von hoher Frequenz und kleiner Amplitude beson­ ders wirkungsvoll verhindert werden kann.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgen­ den anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine erste Ausführungsform des Schwingungsdämpfers,

Fig. 2 einen vergrößerten Schnitt durch die Membrane aus Kautschuk in verformtem Zustand,

Fig. 3a und 3b einen Schnitt bzw. eine Draufsicht auf eine andere Ausführungsform der Trennwand,

Fig. 4a und 4b einen Schnitt und eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform der Trennwand,

Fig. 5a und 5b einen Schnitt und eine Schrägansicht einer noch anderen Ausführungsform der Trennwand mit Mem­ branen aus Kautschuk,

Fig. 6 und 7 je einen Schnitt durch andere Ausführungsformen der Hilfsflüssigkeitskammer.

Bei der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform ist ein Gehäuseteil 1 mit einem von zwei getrennten Bauteilen, z.B. einem nicht dargestellten Fahrzeug-Fahrgestell, und ein Gehäuseteil 2 mit dem anderen Bauteil, z.B. einem nicht dar­ gestellten Motor, verbindbar. Zwischen den Gehäuseteilen 1 und 2 ist ein elastisches Bauteil 3 so angeordnet, daß eine geschlossene Kammer gebildet ist.

Das Gehäuseteil 1 umfaßt eine schüsselähnliche Platte 5, von deren Unterseite in der Mitte ein Befestigungsbolzen 4 nach unten ragt, und einen zylindrischen Mantel 6, der an seinem unteren Endflansch 6 a mit einem äußeren Umfangsflansch 5 a der Platte 5 durch Verstemmen, Abdichten o.dgl. befestigt ist. Das Gehäuseteil 2 umfaßt eine ebene Platte 8, von deren Oberseite in der Mitte ein Befestigungsbolzen 7 aufragt; an ihrer Unterseite ist sie in der Mitte mit einem becherähn­ lichen Bauteil 9 versehen.

Das elastische Bauteil 3 aus Kautschuk oder einem kautschuk­ ähnlichen Elastomeren hat die ungefähre Gestalt eines hohlen Kegelstumpfes und ist durch Vulkanisieren o.dgl. an der Un­ terseite mit einem oberen vergrößerten Abschnitt 6 b des Man­ tels 6 und an der Oberseite mit der Außenumfangsfläche des Bauteils 9 verbunden derart, daß das Bauteil 3 eine innige Verbindung mit den Gehäuseteilen 1 und 2 hat.

Zusammen mit dem Mantel 6 des Gehäuseteils 1, dem Bauteil 9 des Gehäuseteils 2 und einer elastischen Membrane 10, die mit ihrem Außenumfang zwischen der Platte 5 und dem Mantel 6 im Gehäuseteil 1 eingespannt ist, bildet das Bauteil 3 eine geschlossene Kammer 11, in die eine inkompressible Flüssig­ keit von bestimmter Viskosität, z.B. Wasser o.dgl., einge­ füllt ist.

Die mit der Flüssigkeit gefüllte Kammer 11 ist durch eine Trennwand 12, die mit ihrem Außenumfangsabschnitt zwischen der Platte 5 und dem Mantel 6 flüssigkeitsdicht eingespannt ist, in zwei Flüssigkeitskammern 13 und 14 unterteilt, die über einen verengten Durchlaß 15 in der Trennwand 12, der nach beiden Kammern hin geöffnet ist, miteinander in Verbin­ dung stehen.

Der in die beiden Flüssigkeitskammern 13 und 14 mündende verengte Durchlaß kann unabhängig von der Trennwand 12 so ausgebildet sein, daß er innerhalb oder außerhalb der ge­ schlossenen Kammer 11 angeordnet ist.

Die Trennwand 12 kann aus einem Paar flexibler Membranen 17 und 18, z.B. aus Kautschuk, aufgebaut sein, die mit bestimm­ ten Zwischenabständen ober- bzw. unterhalb einer verfor­ mungsbegrenzenden perforierten Platte 16 angeordnet und durch Verstemmen von durch Vulkanisieren o.dgl. mit ihren Außenumfangsabschnitten verbundenen kreisringförmigen metal­ lischen Flanschen 17 a und 18 a fest miteinander verbunden sind. Die verstemmten Abschnitte der Membranen 17 und 18 sind von oben und unten her zwischen einem Innenflansch 19 a einer Außenhülse 19 und einem Innenflansch 20 a einer Innen­ hülse 20 angeordnet. Dagegen sind Außenflansche 19 b und 20 b der Hülsen 19 und 20 zusammen mit der Membrane 10 zwischen der Platte 5 und dem Mantel 6 angeordnet.

In der Trennwand 12 umschließen die an die Flüssigkeitskam­ mern 13 und 14 angrenzenden Membranen 17 und 18 eine Hilfs­ flüssigkeitskammer 21, die mit einer zweckdienlichen Flüs­ sigkeit gefüllt ist. Die verformungsbegrenzende perforierte Platte 16 kann aus einem Kunstharz oder einem anderen stei­ fen Werkstoff hergestellt sein und ermöglicht freies Strömen der Flüssigkeit in der Hilfsflüssigkeitskammer 21 aufwärts und abwärts durch die Platte 16 hindurch.

Der verengte Durchlaß 15 zwischen der Außenhülse 19 und der Innenhülse 20 in der Trennwand 12 ermöglicht freies Strömen der Flüssigkeit zwischen den Flüssigkeitskammern 13 und 14. Beim gezeigten Beispiel ist der sich in Umfangsrichtung des Mantels 6 erstreckende Durchlaß 15 zu den Flüssigkeitskam­ mern 13 und 14 hin an sich diametral gegenüberliegenden Stellen geöffnet. Es versteht sich, daß die Lage der Öff­ nungen nach Bedarf entsprechend der erforderlichen Länge des verengten Durchlasses gewählt werden kann.

Bei der Montage des vorstehend beschriebenen Schwingungs­ dämpfers in ein Kraftfahrzeug wird das Gehäuseteil 1 mittels des Bolzens 4 am Fahrgestell befestigt und der Motor wird am Gehäuseteil 2 mittels des Bolzens 7 aufgehängt.

Wenn beim gezeigten Beispiel vom nicht dargestellten Motor Schwingungen von niedriger Frequenz und großer Amplitude auf das Gehäuseteil 2 übertragen werden, wird ein Teil von ihnen durch die innere Reibung des Bauteils 3 gedämpft, wogegen der übrige Teil in ausreichendem Umfange und wirkungsvoll gedämpft wird durch den Strömungswiderstand und die Resonanz der Flüssigkeitssäule, welche die infolge der wechselweisen Zu- und Abnahme des Druckes im Innern der Flüssigkeitskam­ mern 13 und 14 durch den Durchlaß 15 hindurch von der einen zur anderen der Flüssigkeitskammern 13 und 14 strömende Flüssigkeit erfährt.

Dabei verursacht die von der Kammer 13 in die Kammer 14 strömende Flüssigkeit infolge der elastischen Verformung der Membrane 10 eine der Volumenabnahme der Kammer 13 entspre­ chende Volumenzunahme der Kammer 14. Wenn daher in die Plat­ te 5 ein durchgehendes Loch eingearbeitet ist, um zwischen deren Innenseite und der Umgebungsluft eine Verbindung zu schaffen, kann ein weicheres Strömen der Flüssigkeit erzielt werden, weil der auf die Membrane 10 wirkende Gegendruck vermindert ist.

Beim Strömen der Flüssigkeit in wechselnden Richtungen zwi­ schen den Flüssigkeitskammern 13 und 14 werden die Membranen 17 und 18 durch Anlegen an die Platte 16 wechselweise bis zu einer Verformungsgrenze verformt.

Wenn andererseits auf das Gehäuseteil 2 Schwingungen von hoher Frequenz und kleiner Amplitude übertragen werden und dabei der Durchlaß 15 sich verstopft, werden die Membranen 17 und 18 abhängig von der Druckänderung in den Flüssig­ keitskammern 13 und 14 zur Niederdruckseite hin verformt, so daß das Gehäuseteil 2 gegenüber dem Gehäuseteil 1 genügend schwingen kann, ohne den Druck in den Flüssigkeitskammern 13 und 14 zu erhöhen und zu verringern. Somit wird eine ausrei­ chende Isolierung des Fahrzeug-Fahrgestells gegen Schwingun­ gen hoher Frequenz und kleiner Amplitude erreicht, ohne daß die dynamische Federsteife des Schwingungsdämpfers zunimmt.

Die Membranen 17 und 18 verformen sich in einem kleinen Zwi­ schenraum zwischen sich und der Platte 16 oder in einem Zwi­ schenraum, der in der Lage ist, Schwingungen von hoher Fre­ quenz und kleiner Amplitude in ausreichendem Umfang zu ab­ sorbieren und Schwingungen von niedriger Frequenz und großer Amplitude wirkungsvoll zu dämpfen. Die Verformung der Mem­ branen 17 und 18 wird somit durch Anlegen an die eine bzw. die andere Seite der Platte 16 begrenzt, wobei die in der Hilfsflüssigkeitskammer 21 enthaltene Flüssigkeit durch Öff­ nungen 16 a in der Platte 16 frei hindurchströmt. Weil vor und nach der Verformung der Membranen 17 und 18 das Flüssig­ keitsvolumen in der Hilfsflüssigkeitskammer 21 unverändert ist, kommt die Verformung der Membrane 17 oder 18 durch eine Verlagerung der Hilfsflüssigkeitskammer 21 zustande, die an der Platte 16 begrenzt ist.

In Fig. 3 und 4 sind andere Ausführungsformen der Trennwand dargestellt, die Abwandlungen der Ausführungsform gemäß Fig. 1 sind. Um die Herstellung und Montage der Trennwand zu ver­ einfachen, ist die flexible Membrane eine perforierte Mem­ brane aus Kautschuk.

Gemäß Fig. 3a und 3b umfaßt die Trennwand 12 eine Außenhülse 19 und eine Innenhülse 20 von zumindest annähernd gleichem Aufbau wie bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1, ein Paar perforierter Membranen 22 und 23 aus Kautschuk, die je an der Außenumfangsfläche mit einem Flansch aus Metall oder Kunstharz verbunden sind, und eine verformungsbegrenzende perforierte Platte 16 aus einem Metall oder einem Kunst­ stoff, die mit einem bestimmten Zwischenabstand zwischen den Membranen 22 und 23 angeordnet ist. Gemäß Fig. 3b hat jede Membrane 22 oder 23 vier kleine Öffnungen 22 a bzw. 23 a. Eine von den Membranen 22 und 23 begrenzte Flüssigkeitskammer 21 steht daher mit beiden Flüssigkeitskammern 13 und 14 über die Öffnungen 22 a und 23 a in den Membranen 22 und 23 und die Öffnungen 16 a in der Platte 16 in Verbindung, wobei die Öff­ nungen 16 a, 22 a und 23 a je eine beträchtlich kleinere Quer­ schnittsfläche haben als ein verengter Durchlaß 15 zwischen der Außenhülse 19 und der Innenhülse 20. In diesem Falle ist die Wirkungsweise der Trennwand 12 die gleiche wie bei der zuerst beschriebenen Ausführungsform.

Bei der in Fig. 4a und 4b dargestellten Abwandlung der Aus­ führungsform gemäß Fig. 3a und 3b umfaßt die Trennwand 12 ein Paar fest miteinander verbundener perforierter Membranen 22 und 23 aus Kautschuk, die je mit einer Verstärkungsein­ lage 22 b bzw. 23 b aus Cord oder Segeltuch verstärkt und an der Außenumfangsfläche mit einem Flansch aus Metall durch Abdichten gegenüber diesem Flansch verbunden sind, wobei der abgedichtete Abschnitt zwischen der Außenhülse 19 und der Innenhülse 20 angeordnet ist.

Beim Beispiel gemäß Fig. 4a und 4b sind die Membranen 22 und 23 mit der Verstärkungseinlage 22 b bzw. 23 b verstärkt, so daß ein Einreißen der Umfangsränder der Öffnungen 22 a und 23 a in den Membranen 22 und 23 verhindert und die Haltbar­ keit der Membranen 22 und 23 erhöht wird.

Das Zusammenbauen der Membranen 22 und 23 kann gemäß Fig. 5a und 5b durch Zusammennieten oder -schrauben von Flanschen 22 c und 23 c mit der Platte 16 geschehen. Ferner kann ein Einreißen der Öffnungen 22 a und 23 a an den Umfangsrändern durch eine größere Dicke dieser dadurch verstärkten Umfangs­ abschnitte verhindert werden.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6 umfaßt die Hilfsflüs­ sigkeitskammer 21 eine verformungsbegrenzende perforierte Platte 16 und ein Paar flexibler Platten 25 und 26 aus Kunststoff, die an ihren Außenumfängen mit der Ober- bzw. Unterseite der Platte 16 durch Warmverschweißen oder Kleben verbunden sind. Jede der Platten 25 und 26 bildet eine fle­ xible Membrane, die an die Flüssigkeitskammer 13 bzw. 14 angrenzt.

Ferner ist in jeder Platte 25 bzw. 26 wenigstens eine Öff­ nung 25 a bzw. 26 a ausgebildet. Diese Öffnungen können jedoch weggelassen werden. Das Verhalten der Hilfsflüssigkeitskam­ mer 21 ist im wesentlichen gleich mit dem der Ausführungs­ form gemäß Fig. 1, unabhängig vom Vorhandensein der Öffnun­ gen 25 a und 26 a.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 umfaßt die Hilfsflüs­ sigkeitskammer 21 eine verformungsbegrenzende perforierte Platte 16 aus Kunstharz, ein Paar flexibler Membranen 27 und 28 aus einer Web-, Maschenware o.dgl. mit zweckdienlicher Maschenweite, z.B. einem Polyamidfaser-Gewebe, die mit ihren Außenumfangsabschnitten auf der Ober- bzw. Unterseite der Platte 16 angeordnet sind, und ein Paar Ringe 27 a und 28 a aus Kunstharz, die über die Membranen 27 und 28 mit der Ober- bzw. Unterseite der Platte 16 verbunden sind. Die Funktion der Hilfsflüssigkeitskammer 21 ist die gleiche wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen.

Claims (5)

1. Schwingungsdämpfer mit zwei mit getrennten Bauteilen verbundenen Gehäuseteilen, einem elastischen Bauteil, das zwischen den Gehäuseteilen so angeordnet ist, daß eine ge­ schlossene Kammer gebildet ist, einer in die geschlossene Kammer eingefüllten inkompressiblen Flüssigkeit, einer Trennwand, die mit ihrem Umfangsrand an einem der beiden Gehäuseteile befestigt ist und die geschlossene Kammer in zwei kleine Kammern unterteilt, und einem verengten Durch­ laß, der in der Trennwand so angeordnet ist, daß er die beiden kleinen Kammern miteinander verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Trennwand (12) mit einer Hilfsflüssigkeitskammer (21) versehen ist, die mit derselben oder einer anderen als der genannten Flüssigkeit gefüllt ist, und
• - zwischen jeder der kleinen Kammern (13, 14) und der Hilfs­ flüssigkeitskammer (21) eine flexible Membrane (18 bzw. 18; 22 bzw. 23; 25 bzw. 26; 27 bzw. 28) angeordnet ist.

2. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsflüssigkeitskammer (21) von den Membranen (17, 18) flüssigkeitsdicht begrenzt wird.

3. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hilfsflüssigkeitskammer (21) eine verformungsbegren­ zende perforierte Platte (16) angeordnet ist.

4. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Membrane aus Kautschuk (17, 18; 22, 23), Kunst­ harz, einer flexiblen Platte aus Kunststoff (25, 26), Web- oder Maschenware (27, 28) hergestellt ist.

5. Schwingungsdämpfer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Membrane (22, 23; 25, 26;) wenigstens eine Öffnung (22 a, 23 a; 25 a, 26 a) aufweist.