DE3730582A1 - Lager zur elastischen, schwingungsdaempfenden lagerung von bauteilen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lager zur elastischen, schwingungsdämpfenden Lagerung von Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugteilen, mit einem Innenteil, mit einem das Innenteil mit Abstand umgebenden Außenteil und mit einem zwischen Innenteil und Außenteil angeordneten elastomeren Körper, der Fluidkammern bildende Ausnehmungen aufweist, die über eine Drosselleitung miteinander verbunden sind.

Aus der DE-OS 30 43 113 ist ein Lager bekannt, welches ein hülsenförmiges Innenteil, ein hülsenförmiges Außenteil und einen zwischen Innen- und Außenteil angeordneten, im we­ sentlichen ringförmigen elastomeren Körper aufweist, der am Außenumfang mit zwei sich diametral gegenüberliegenden Ausnehmungen versehen ist. Die Ausnehmungen sind über längs des Außenumfangs des elastomeren Körpers in einer Radialebene verlaufende Drosselleitungen miteinander ver­ bunden. Ausnehmungen und Drosselleitungen sind mit einer Flüssigkeit gefüllt. Über den elastomeren Körpern sind die zu lagernden Bauteile elastisch gelagert. Bei auftretenden Schwingungen strömt die Flüssigkeit von der einen in die andere Ausnehmung, wobei eine Schwingungsdämpfung infolge Strömungswiderstandes der Drosselleitungen erfolgt. Das Dämpfungsverhalten ist von dem Querschnitt und der Länge der Drosselleitungen und der Viskosität der Flüssigkeit abhängig, was eine genaue Einhaltung der Abmessungen und damit unerwünscht kleine Toleranzen bei der Herstellung erforderlich macht. Darüber hinaus ist aufgrund der relativ kurzen Länge der Drosselleitungen eine Variation des Dämpfungsvermögens nur innerhalb eines begrenzten Bereichs möglich.

Bei dem Lager nach der DE-OS 36 17 787 sind die mit einer Flüssigkeit gefüllten Ausnehmungen in dem zwischen einem hülsenförmigen Innenteil und einem hülsenförmigen Außen­ teil angeordneten elastomeren Körper ausgebildet. Die Aus­ nehmungen sind durch eine Drosselleitung miteinander ver­ bunden, die im wesentlichen schraubenförmige Gestalt be­ sitzt und die in einem gesonderten, am Außenumfang des elastomeren Körpers angeordneten ringförmigen Element aus­ gebildet ist. Auch bei diesem Lager ist das Dämpfungsver­ halten von dem Querschnitt und der Länge der Drossellei­ tung abhängig und nur in Grenzen variierbar. Abweichungen im Querschnitt der Drosselleitung haben in unerwünschter Weise Verschiebungen der Frequenz, bei der der maximale Dämpfungsgrad vorliegt, zur Folge. Um das zu vermei­ den, ist eine genaue Einhaltung von Fertigungstoleranzen erforderlich, was eine aufwendige Herstellung bedingt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches, kostengünstig herstellbares Lager zu schaffen, bei dem un­ abhängig von der Bemessung der Drosselleitung das Dämpfungsverhalten in einem weiten Variationsbereich sicher auf vorgegebene Werte einstellbar ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine weitere Fluidkammer als Druckkammer zur Aufnahme eines kompressiblen Fluids vorgesehen ist und daß die Druckkammer mit den über die Drosselleitung verbundenen Fluidkammern in Verbindung steht. Auf einfache Weise sind sowohl das Dämpfungsverhalten als auch die Federsteifig­ bzw. Puffersteigigkeit des Lagers durch den Druck des kompressiblen Fluids auch nach der Montage bestimmbar, so daß vorteilhaft die Entwicklung und die Lagerhaltung einer Vielzahl von Lagern mit jeweils vorbestimmter Steifigkeit und Dämpfung und mit verschiedenem Aufbau überflüssig werden. Die Feder- bzw. Puffersteifigkeit und die Dämpfung können in direkter Abhängigkeit voneinander niedrig gehal­ ten werden, was die Übertragung von Schwingungsenergie reduziert. Zusammen mit der Kompressibilität des Fluids hat die direkte gegenseitige Abhängigkeit von Steifigkeit und Dämpfung in vorteilhafter Weise ein frequenzselekti­ ves Dämpfungsverhalten zur Folge; eine Resonanzschwingung kann gezielt stark gedämpft werden, auch ohne daß im überkritischen Bereich, d.h. jenseits der Frequenz des Dämpfungsmaximums, eine hohe Dämpfung vorliegt, wie dies z.B. beim Dämpfungsverhalten von Gummiteilen eines Lagers der Fall ist.

Ein unterschiedliches Dämpfungsverhalten der als Dämpfungskammern wirkenden Fluidkammern und damit eine richtungsabhängig unterschiedliche Dämpfung kann man er­ forderlichenfalls in einfacher Weise mit einer Ausgestal­ tung erreichen, bei der die Drosselleitung jeweils jeder Fluidkammervorgeschaltete Drosselelemente aufweist und bei der eine Fluidleitung von der Druckkammer zu den Drossel­ elementen vorgesehen ist. Bei einer derartigen Ausgestal­ tung ist gleiches wie auch unterschiedliches Dämpfungsver­ halten der Dämpfungskammern einstellbar. Durch gleiche Bemessung der Drosselelemente ist gleiches Dämpfungsver­ halten, durch ungleiche Bemessung der Drosselelemente unterschiedliches Dämpfungsverhalten einstellbar.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß zumindest zwei in Bezug auf die Lagerach­ se diametral angeordnete, mit Drosselelementen versehene Fluidkammern vorgesehen sind.

Eine vorteilhafte Gestaltungsfreiheit für die Fluidkammern bzw. die Druckkammer erzielt man mit einer Ausgestaltung, bei der die Druckkammer in axialer Richtung einen Abstand zu den mit den Drosselelementen versehenen Fluidkammern aufweist. Zur Begrenzung der Schwingungsamplitude in Ra­ dialrichtung durch eine Puffereinrichtung ist vorgesehen, daß der Druckkammer diametral eine nicht druckbeaufschlag­ te Ausnehmung im elastomeren Körper gegenüberliegt, in der ein sich in radialer Richtung erstreckender Fortsatz vor­ gesehen ist. Der Fortsatz ist zur Schwingungsbegrenzung gegen die Innenwandung des hülsenförmigen Außenteils an­ legbar. In Hinsicht auf eine Vereinfachung des Lagerauf­ baus und seiner Herstellung ist es vorteilhaft, daß zumin­ dest zwei mit Drosselelementen versehene Fluidkammern in einer gemeinsamen Radialebene liegen und daß eine gemein­ same, von der Druckkammer ausgehende Fluidleitung zu den Drosselelementen in der Radialebene führt.

Ferner kann vorgesehen werden, daß jeweils zwei mit Dros­ selelementen versehene Fluidkammern in zwei in axialer Richtung beiderseits der Druckkammer angeordneten Radial­ ebenen vorgesehen sind.

Eine besonders einfache Herstellung der erforderlichen Fluidleitungen ergibt sich bei einer Weiterbildung der Erfindung, bei der das als Zapfen ausgebildete Innenteil das Lager durchsetzt, bei der die Fluidkammern im elasto­ meren Körper an der Zapfenoberfläche enden und bei der eine als Fluidleitung und zur Druckbeaufschlagung dienende Bohrung im Zapfen über die im Zapfen ausgebildeten Dros­ selelemente mit den Fluidkammern verbunden ist und in der Druckkammer endet.

Fertigungstechnisch günstig ist eine Weiterbildung der Erfindung, bei der die Ausnehmungen im elastomeren Körper in radialer Richtung nach außen offen sind, bei der der elastomere Körper in einem mit Öffnungen zum Vulkanisieren der Ausnehmungen versehenen hülsenförmigen Bauteil ein­ vulkanisiert ist und bei der das Bauteil von dem eine elastomere innere Schicht aufweisenden, als Hülse ausge­ bildeten Außenteil unter Abdichtung der Ausnehmungen umschlossen ist.

Ist im Fahrzeug oder bei der Montage des Fahrzeugs eine Druckgasquelle bzw. eine zentrale Druckluftversorgung vorhanden, so kann die Füllung und Druckbeaufschlagung des Lagers durch eine Verbindung mit einer derartigen Druckquelle auf besonders einfache Weise vorgenommen wer­ den.

Steht die Druckkammer zur Aufnahme des kompressiblen Fluids über eine Druckregeleinrichtung mit einer zentra­ len Druckluft- oder Druckgasquelle eines Fahrzeugs in Verbindung, so läßt sich in Abhängigkeit vom Schwin­ gungsverhalten durch Regelung des Drucks im Druckraum die Dämpfung und die Steifigkeit des Lagers optimal regeln.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher be­ schrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch das erfindungsge­ mäße Lager,

Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II in Fig. 1, Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 1.

Das Lager umfaßt ein Innenteil 1 in Form eines Zapfens 2, ein koaxial zum Zapfen 2 angeordnetes Außenteil 3 in Form einer Hülse 4 sowie einen zwischen diesen angeordneten und mit diesen verbundenen elastomeren Körper 5.

Der elastomere Körper 5 ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet und weist Fluidkammern 6, 7 und 8 bildende Ausnehmungen auf. Die Fluidkammern 6, 7 und 8 erstrecken sich von der äußeren Mantelfläche 9 des ringförmigen Kör­ pers 5 bis zur Mantelfläche der zentralen Durchgangsöff­ nung 10 des ringförmigen Körpers 5. Die Fluidkammern 6 und 7 liegen in einer gemeinsamen Radialebene des Körpers 5 und besitzen gleiche Breite in axialer Richtung sowie einen gleichen, etwa viertelkreisförmigen Querschnitt in der Radialebene und erweitern sich V-förmig radial nach außen, wie dies deutlich aus Fig. 2 ersichtlich ist.

Axial beabstandet zu den Fluidkammern 6 und 7 ist die Fluidkammer 8 angeordnet, die eine größere, in etwa dop­ pelte axiale Breite wie die Fluidkammern 6 und 7 und einen nahezu halbkreisförmigen Querschnitt in der ihr zugeordneten Radialebene aufweist (Fig. 3). Die Fluidkam­ mern 6 und 8 sind mit ihren Symmetrieachsen in axialer Richtung im wesentlichen fluchtend angeordnet, wie dies aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist. Die Fluidkammer 8 ist als Druckkammer 11 zur Aufnahme eines kompressiblen Fluids vorgesehen.

Radial fluchtend zur Druckkammer 11 und ihr diametral gegenüberliegend ist eine Ausnehmung 12 angeordnet, die durch eine Wand von der zentralen Durchgangsöffnung 10 des Körpers 5 getrennt ist und die nur zur äußeren Mantel­ fläche des Körpers 5 offen ist. Diese Ausnehmung besitzt im wesentlichen gleiche Gestalt wie die Druckkammer 11, ist aber mit einem von der Wand ausgehenden, radial sich erstreckenden Fortsatz 13 zur Begrenzung von Schwingungs­ amplituden in Radialrichtung versehen. Der Fortsatz 13 weist in der Ruhestellung einen Abstand zum Außenteil 3 bzw. zur Hülse 4 auf und wirkt zwecks Begrenzung der Schwingungsamplitude mit der Innenwand des Außenteils 3 zusammen.

Die Fluidkammern 6, 7 und 8 sowie die Ausnehmung 12 werden in axialer Richtung durch etwa gleich dicke elastomere Wände 14, 15 und 16 begrenzt.

Der elastomere Körper ist auf dem die zentrale Durchgangs­ öffnung 10 durchsetzenden Zapfen 2 aufvulkanisiert oder mittels einer anderen geeigneten Technik befestigt. Der Zapfen 2 ist an beiden Enden mit Gewinden 17, 18 sowie mit Formflächen 19, 20 versehen. Der Zapfen 2 weist eine von einer Stirnfläche ausgehende Sacklochbohrung 21, auf, die mit Querbohrungen 22, 23 und 24 versehen ist, die in die Fluidkammern 6, 7 und 8 münden. Die Querbohrungen 22, 23 sind mit Drosselelementen 25, 26 in Form von Verengungen an ihren radial inneren Enden versehen und bilden die die Fluidkammern 6 und 7 verbindende Drosselleitung 27. An ihrem stirnseitigen Ende ist die Sacklochbohrung 21 mit einem Gewinde versehen, in das ein Ventilelement 28 einge­ schraubt ist.

In nicht dargestellter Weise können zusätzlich zu den Fluidkammern 6 und 7 auf der in axialer Richtung anderen Seite der Druckkammer 11 zwei weitere Fluidkammern vorge­ sehen werden, die dann in Anordnung und Abmessung den Fluidkammern 6 und 7 entsprechen; auch diese zusätzlichen Fluidkammern sind dann jeweils mit einem Drosselelement versehen.

Der elastomere Körper ist in einem hülsenförmigen Bauteil 30 einvulkanisiert, das an der Mantelfläche mit Durchbrü­ chen versehen ist, die im wesentlichen den Öffnungen der Fluidkammern 6, 7 und 8 sowie der Ausnehmung 12 im elasto­ meren Körper 5 entsprechen und die ein Vulkanisieren die­ ser Ausnehmungen ermöglichen. Das Bauteil 30 wird von der Hülse 4 umschlossen; zwischen Bauteil 30 und Hülse 4 ist eine elastomere Schicht 31 zur Abdichtung der Fluidkam­ mern 6, 7 und 8 vorgesehen. Die Hülse 4 ist im Bereich der Wände 14, 15 und 16 zwecks Abdichtung eingerollt bzw. umgebördelt.

Das dargestellte Lager ist als Motoraufhängungslager vor­ gesehen. Das Lager wird mit der Hülse 4 in einen der an der Motor-Getriebeeinheit vorgesehenen Halter eingepreßt und mittels einer auf z.B. das Gewinde 17 des Zapfens 2 aufgebrachten selbstsichernden Mutter am Halter befestigt, wobei durch Eingriff der Formfläche 19 in eine zugeord­ nete Formöffnung am Halter eine formschlüssige Sicherung hergestellt ist. Bei der Montage der Motor-Getriebeeinheit am Fahrzeug wird der Zapfen 2 mit dem anderen Gewindeende in Langlöcher des Halters am Fahrzeugrahmen eingeschoben und mit selbstsichernden Muttern am Halter und damit am Fahrzeugrahmen befestigt. Durch Eingriff z.B. der Formflä­ che 20 in eine zugeordnete Formfläche des Halters ist eine formschlüssige Verdrehsicherung hergestellt.

Über das Ventilelement 28 wird die Druckkammer 11 mit einem kompressiblen Fluid gefüllt und unter Druck gesetzt. Das kompressible Fluid ist ein Gas oder ein Gasgemisch, insbesondere Luft. Über die Verbindungsleitung zwischen der Druckkammer 11 und den Fluidkammern 6 und 7, nämlich die Sacklochbohrung 21 und die Querbohrungen 22, 23 und 24 füllen sich die Fluidkammern 6 und 7 ebenfalls mit Fluid; im Ruhezustand herrscht in den Fluidkammern 6 und 7 schließlich der gleiche Druck wie in der Druckkammer 11.

Die unter Druck stehende Druckkammer 11 sowie die Steifig­ keit der Wände 14, 15 und 16 aus elastomeren Material ergeben die Gesamt-Federsteifigkeit des Lagers.

Bei auftretenden Schwingungen strömt das Fluid infolge von Volumenänderungen der Fluidkammern 6, 7 und/oder 8 durch die Drosselelemente 25 und 26 zwecks Druckausgleich zwi­ schen den drei Fluidkammern 6, 7 und 8. Durch das Vorse­ hen der Drosselelemente 25 und 26 ergibt sich eine Dämpfung der auftretenden Schwingungen, die durch Quer­ schnitt und Länge der Drosselverengungen der Querbohrungen 22 und 23 und außerdem durch das gewählte Fluid und den Fluidfülldruck beeinflussbar ist. Ist das Ventilemenent 28 als Füllventil ausgebildet, so läßt sich die Dämpfung und die Steifigkeit des Lagers über den Fülldruck einstellen bzw. verstellen. Das Ventilelement 28 kann ferner als Regelventil ausgebildet sein und mit z.B. einer Druckluftquelle oder eine Druckgasquelle des Fahrzeugs in Verbindung stehen; in Abhängigkeit vom Schwingungsver­ halten läßt sich durch Regelung des Drucks im Druckraum 11 Dämpfung und Steifigkeit des Lagers optimal regeln.

 1 Innenteil
 2 Zapfen
 3 Außenteil
 4 Hülse
 5 Elastomerer Körper
 6 Fluidkammer
 7 Fluidkammer
 8 Fluidkammer
 9 Äußere Mantelfläche
10 Durchgangsöffnung
11 Druckkammer
12 Ausnehmung
13 Fortsatz
14 Wand
15 Wand
16 Wand
17 Gewinde
18 Gewinde
19 Formfläche
20 Formfläche
21 Sacklochbohrung
22 Querbohrung
23 Querbohrung
24 Querbohrung
25 Drosselelement
26 Drosselelement
27 Drosselleitung
28 Ventilelement
30 Hülsenförmiges Bauteil
31 Elastomere Schicht

Claims (11)

1. Lager zur elastischen, schwingungsdämpfenden Lagerung von Bauteilen, insbesondere von Fahrzeugteilen, mit einem Innenteil (1), mit einem des Innenteil (1) mit Abstand umgebenden Außenteil (3) und mit einem zwi­ schen Innenteil (1) und Außenteil (3) angeordneten elastomeren Körper (5), der Fluidkammern (6, 7) bil­ dende Ausnehmungen aufweist, die über eine Drossel­ leitung (27) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Fluidkammer (8) als Druckkammer (11) zur Aufnahme eines kompressiblen Fluids vorgesehen ist und daß die Druckkammer (11) mit den über die Drosselleitung (27) verbundenen Fluidkammern (6, 7) in Verbindung steht.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, deß die Drosselleitung (27) jeweils einer Fluidkammer (6, 7) vorgeschaltete Drosselelemente (25, 26) auf­ weist und daß eine Fluidleitung (21, 24) von der Druckkammer (11) zu den Drosselelementen (25, 26) vorgesehen ist.

3. Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei in bezug auf die Lagerachse dia­ metral angeordnete, mit Drosselelementen (25, 26) versehene Fluidkammern (6, 7) vorgesehen sind.

4. Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (11) in axialer Richtung einen Abstand zu den mit den Drosselelementen (25, 26) versehenen Fluidkammern (6, 7) aufweist.

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckkammer (11) diametral eine nicht druckbeaufschlagte Ausnehmung (12) im elastomeren Körper (5) gegenüberliegt, in der ein sich in radia­ ler Richtung erstreckender Fortsatz (13) zur Begren­ zung der Schwingungsamplitude in Radialrichtung vor­ gesehen ist.

6. Lager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei mit Drosselelementen (25, 26) versehene Fluidkammern (6, 7) in einer gemeinsamen Radialebene liegen und daß eine gemeinsame, von der Druckkammer (11) ausgehende Fluidleitung (21, 24) zu den Drosselelementen (25, 26) in der Radialebene führt.

7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit Drosselelementen versehene Fluidkammern je­ weils in zwei in axialer Richtung beiderseits der Druckkammer (11) angeordneten Radialebenen vorgesehen sind.

8. Lager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das als Zapfen (2) ausgebildete Innenteil (1) das Lager durchsetzt, daß die Fluidkammern (6, 7, 8) im elastomeren Körper (5) an der Zapfenoberfläche enden und daß eine als Fluidleitung und zur Druckbeauf­ schlagung dienende Bohrung (21, 22, 23, 24) im Zapfen (2) über die im Zapfen (2) ausgebildeten Drosselele­ mente (25, 26) mit den Fluidkammern (6, 7) verbunden ist und in der Druckkammer (11) endet.

9. Lager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (Druckkammern 6, 7, 8, Ausneh­ mung 12) im elastomeren Körper (5) in radialer Richtung nach außen offen sind, daß der elastomere Körper (5) in einem mit Öffnungen zum Vulkanisieren der Ausnehmungen versehenen hülsenförmigen Bauteil (30) einvulkanisiert ist und daß das Bauteil (30) von dem eine elastomere innere Schicht (31) aufweisenden, als Hülse (4) ausgebildeten Außenteil (3) unter Ab­ dichtung umschlossen ist.

10. Lager nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als kompressibles Fluid ein Gas oder Gasgemisch, insbesondere Luft, vorgesehen ist.

11. Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckkammer (11) zur Aufnahme des kompressib­ len Fluids über eine Druckregeleinrichtung mit einer zentralen Druckluft- oder Druckgasquelle eines Fahr­ zeugs in Verbindung steht.