DE3932064C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufhängungs-Vorrichtung für Kraftfahrzeug-Ma­ schinen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und insbesondere eine Dämpfungsvorrichtung zur Abstützung schwingender Körper, die sich für Kraftfahrzeug-Antriebsmaschinen eignet und die Unterdrückung von Schwin­ gungen mit einer Frequenz verbessert, bei der die Tendenz zur Erzeugung eines Hall- oder Dröhngeräusches in der Kabine erzeugt wird.

Die JP-A 60-1 04 828 beschreibt ein Beispiel einer Dämpfungseinheit in der Form einer hohlen, elastomeren Buchse, die mit einem elektro-rheologischen Fluid (im folgenden als ERF bezeichnet) gefüllt ist, und weiterhin eine elek­ trisch gesteuerte Drosseleinheit aufweist, die die Einrichtung in eine Arbeits­ kammer und eine Hilfs- oder Expansionskammer unterteilt. Wenn bei dieser Einrichtung die Buchse komprimiert wird, wird Fluid aus der Arbeitskammer in die Hilfskammer (zwischen der Drosseleinheit und einer relativ flexiblen Membran) verschoben und umgekehrt. Durch Aufbringen einer hohen Spannung über Elektroden der Drosselöffnung hinweg kann die Viskosität der ERF erheb­ lich erhöht werden, so daß das Fluid einen nahezu festen Zustand annehmen kann. Unter diesen Umständen wird die Drosselöffnung entweder blockiert oder in ihrer Drosselwirkung erheblich verstärkt.

Bei dieser Art von Anordnung zur Abstützung von Kraftfahrzeug-Antriebsma­ schinen oder dergleichen ist es möglich, die effektiven Schwingungsdämp­ fungscharakteristika des Systems, das definiert wird durch die Maschine, de­ ren Montageeinrichtungen und das Fahrzeug-Fahrgestell, insbesondere bei nie­ drigen Frenquenzen zu verbessern. Wenn die Maschine beispielsweise im Leer­ lauf läuft oder schüttelt, weisen die Schwingungen eine niedrige Frequenz bei großer Amplituden-Charakteristik auf.

Diese Art der Anordnung hat jedoch den Nachteil, daß, obgleich die erwähnte Verbesserung der Schwingungsunterdrückung sehr wirksam ist bei Schwin­ gungen im Frequenzbereich, in dem Leerlauf- und Schüttelschwingungen auf­ treten, sie sich als weniger wirksam herausgestellt hat im Schwingungsfre­ quenzbereich, bei dem Hall- oder Dröhngeräusche in der Fahrzeugkabine auf­ treten, da die Federkonstante der Aufhängungs-Einrichtung übermäßig an­ steigt.

Im vorliegenden Zusammenhang soll davon ausgegangen werden, daß die Ma­ schinen-Schüttel-Schwingungen eine Frequenz in der Größenordnung von 10 Hz und die Maschinen-Leerlauf-Schwingungen eine Frequenz in der Größenordnung von 25 Hz haben. Andererseits soll der Schwingungsbereich, in dem die Hall- oder Dröhneffekte auftreten, im Bereich von 80 bis 100 Hz liegen.

Bei der oben angegebenen Art der Maschinenaufhängung ist es zur Verringerung von Niederfrequenzschwingungen während des Leerlaufbetriebs und beim Ma­ schinenschütteln, die zwischen der Maschine und dem Fahrgestell übertragen werden, notwendig, die dynamische Federkonstante auf einen niedrigen Wert zu setzen.

Andererseits ist es im Schwingungsfrequenzbereich, in dem Straßenschwin­ gungen die Antriebseinheit in Resonanz schwingen lassen in einer Schwingung mit großer Amplitude (Maschinenschütteln), notwendig, eine Einrichtung mit großem Verlustfaktor zu schaffen, der zur Steuerung der relativ großen Ver­ schiebung der Steuereinheit eingesetzt wird.

In diesem Zusammenhang ist bei der oben erwähnten bekannten Maschinenauf­ hängung eine Elektroden-Drosselstelle verwendet worden, die es ermöglicht, die Viskosität des ERF in dem Drosselkanal so zu steuern, daß beiden Erforder­ nissen entsprochen wird.

Da die Einrichtung jedoch nur eine Hilfskammer und eine Drosselöffnung auf­ weist, die die Verbindung zwischen der Haupt- und der Hilfskammer herstellt, ist es notwendig, die Anordnung auf die Unterdrückung niederfrequenter Schwingungen einzustellen, so daß es schwierig ist, eine niedrige dynamische Federkonstante in hohen Frequenzzonen zu erreichen. Die Reduktion des Schwingungsübertragungsverhältnisses ist unter solchen Umständen nicht möglich.

Unter diesen Bedingungen sind die Resonanz-Charakteristika der Stützen der Antriebseinheit und des Antriebszuges derart, daß bei Erhöhung der dynami­ schen Federkonstante Hochfrequenzschwingungen auf die Fahrzeugkabine übertragen werden können und in dieser Hall- oder Dröhngeräusche erzeu­ gen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maschinenhalterung oder -aufhängung zu schaffen, durch die die Übertragung von Schwingungen sowohl bei niederfrequenten Schwingungen, also beim Maschinenschütteln und bei Leerlaufschwingungen, als auch bei relativ hochfrequenten Schwingungen, bei denen die Gefahr besteht, daß in der Fahrzeugkabine Hall- oder Dröhngeräusche erzeugt werden, verringert wird.

Die erfindungsgemäße Lösung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1.

Erfindungsgemäß wird das Ziel der Erfindung erreicht durch eine Anordnung, bei der ein ERF (elektro-rheopektisches Fluid) in eine Maschinenhalterung ein­ gefüllt ist, die eine Hauptarbeitskammer und erste und zweite Hilfskammern umfaßt. Ein Drosselkanal bildet eine Fluidverbindung zwischen der Arbeits­ kammer und der ersten Hilfskammer. Ein erster Satz Elektrodenplatten befin­ det sich in dem Drosselkanal in einer Weise, die eine selektive Steuerung der Viskosität der ERF gestattet. Die erste Hilfskammer weist eine relativ geringe Expansions-Federcharakteristik auf. Eine Verbindungsöffnung schafft eine Fluidverbindung zwischen der Arbeitskammer und der zweiten Hilfskammer. Die zweite Hilfskammer weist eine relativ große, expansive Federcharakteri­ stik auf und bewirkt eine Verringerung relativ hochfrequenter Schwingungen. Ein Schließventil ist in diesem Durchlaß angeordnet.

Eine erfindungsgemäße Maschinenaufhängung umfaßt einen elastomeren Kör­ per, eine Arbeitskammer, die zum Teil durch den elastomeren Körper gebildet wird, eine Drosselöffnung mit einer Resonanzfrequenz in einem relativ niedri­ gen Frequenzbereich, einen ersten Satz von Elektroden, die in der ersten Dros­ selöffnung angeordnet sind, und eine erste Hilfskammer. Die erste Hilfskam­ mer steht in Fluidverbindung mit der Haupt- oder Arbeitskammer über die erste Drosselöffnung. Die erste Hilfskammer weist eine relativ niedrige Expan­ sions-Federcharakteristik auf. Sie wird zum Teil durch eine erste flexible Trennwand gebildet. Eine zweite Hilfskammer weist eine relativ hohe Expan­ sions-Federcharakteristik auf. Die zweite Hilfskammer wird zum Teil durch eine zweite flexible Trennwand begrenzt. Eine Verbindungsöffnung stellt eine Fluidverbindung zwischen der Arbeitskammer und der zweiten Hilfskammer her. In dieser Verbindungsöffnung ist eine Ventileinrichtung angeordnet, die die Öffnung wahlweise öffnet und schließt. Eine Steuereinrichtung ist mit den Elektroden und der Ventileinrichtung verbunden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform der Er­ findung;,

Fig. 2 ist ein Schnitt entlang der Linie IIA-IIA und IIB-IIB in Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung der dynamischen Feder­ konstante und des Verlustfaktors in bezug auf relativ niederfre­ quente Schwingungen bei einer ersten Ausführungsform der Er­ findung;

Fig. 4 ist ein Diagramm der dynamischen Federcharakteristik der ersten Ausführungsform in einem relativ hochfrequenten Bereich;

Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 und 2 zeigen eine Maschinen-Halterung 10 entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführung umfaßt erste und zweite Teile 12 und 14, die mit dem Fahrzeug-Fahrgestell und der Antriebsquelle ver­ bunden sind, die durch die Halterung gehalten wird. Ein elastomerer Körper 16 verbindet die beiden Teile in der dargestellten Form.

Der erste Teil umfaßt einen zylindrischen Körper 12a, der fest verbunden ist mit einer schalenförmigen Kappe 12b. Die Kappe 12b weist einen Verbindungs­ bolzen 18 auf, der am Fahrzeug-Fahrgestell mit Hilfe einer nicht gezeigten Mutter festgelegt ist.

Der zweite Teil 14 besteht aus ersten und zweiten Platten 14a,14b, einem Ring 14c, der an seiner unteren Seite mit der Platte 14b verbunden ist, und einer dritte Platte 14d, die mit der oberen Seite des Ringes 14c verbunden ist und mit diesem einen geschlossenen Raum bildet. Die dritte Platte 14d weist einen Verbindungsbolzen 20 auf, der lösbar an der Antriebseinheit befestigt werden kann.

Der elastomere Körper 16 ist im wesentlichen ringförmig ausgebildet und in die Öffnung des zylindrischen Körpers 12a des ersten Teils einvulkanisiert und mit der unteren Oberfläche der ersten Platte 14a des zweiten Teils durch Vul­ kanisieren verbunden. Bei dieser Ausführungsform weist der elastomere Kör­ per 16 eine zylindrische Hülse auf, die die innere Wand des zylindrischen Kör­ pers 12a in der dargestellten Weise berührt.

Eine Drosselplatte 22 und eine Membran 24 sind innerhalb des ersten Teils 12 angeordnet und liegen zwischen dessen Teilen 12a und 12b. Die Drosselplatte begrenzt eine Haupt-Arbeitskammer, im folgenden Hauptkammer 26 genannt, zusammen mit dem elastomeren Körper, während die Membran das Innere der schalenförmigen Kappe 12b in eine Luftkammer und eine erste Hilfskammer 28 unterteilt. Die Drosselplatte ist mit einer Drosselöffnung 30 versehen, die eine Fluidverbindung zwischen der Hauptkammer und der ersten Hilfskammer 26, 28 herstellt. Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt die Drosselöff­ nung eine Anzahl von Kanälen 30a, die zwischen einer Anzahl von bogenförmi­ gen Elektrodenplatten 30b gebildet werden.

Wie am besten auf der rechten Seite in Fig. 2 erkennbar ist, weist die gezeigte Ausführungsform drei Elektrodenplatten 30b auf, von denen zwei an der inne­ ren und äußeren Wand des gebogenen Kanals angeordnet sind, während die drit­ te zwischen der der ersten und zweiten liegt. Die ersten und zweiten Platten weisen eine Spannung auf, die eine erste Polarität besetzt, während an die dritte Platte eine entgegengesetzte Polarität angelegt wird.

Die Membram 24, die dem Druck ausgesetzt ist, der in der zweiten Hilfskammer herrscht, ist relativ flexibel und bewirkt daher, daß die Expansions-Federcha­ rakteristik der Hilfskammer 28 relativ gering ist. Bei der vorliegenden Aus­ führungsform sind die Dimensionen der Drosselkanäle so gewählt, daß die ERF- Säule in den Kanälen eine Resonanzfrequenz bei relativ niedrigen Frenquenzen in der Größenordnung von 35 bis 50 Hz aufweist, die sich für die Verringerung von Schwingungen beim Maschinen-Leerlauf eignen.

Wenn bei der bisher beschriebenen Anordnung der elastomere Körper 16 unter dem Einfluß von Schwingungen, die durch den zweiten Teil 14 übertragen wer­ den, einer Verformung ausgesetzt wird, ändert sich das Volumen der Haupt­ kammer 26, und das ERF wird durch die Kanäle 30a gedrückt. Wenn sich die Ma­ schine im Leerlauf befindet, werden die Säulen des ERF in den Kanälen 30a im Resonanzpunkt zu Schwingungen angeregt, so daß sie Vibrationsenergie auf­ nehmen und die Aufhängung insgesamt eine niedrige dynamische Federkonstan­ te erhält. Unter diesen Bedingungen kann die dynamische Federkonstante des elastomeren Körpers 16 auch so betrachtet werden, als sei sie nicht erhöht worden.

Ein Durchlaß 32 befindet sich zwischen der Hauptkammer 26 und dem Raum in­ nerhalb des zweiten Teils 16 und schafft eine Fluidverbindung zwischen die­ sen. Bei der gezeigten Ausführungsform umfaßt der Durchlaß einen kurzen, röhrenförmigen Abschnitt 34, der mit der Hauptkammer an deren unterem Ende verbunden ist und durch die Mitte des elastomeren Körpers 16 hindurchgeht und am oberen Ende einen radial vorspringenden Flansch aufweist. Wie die Zeich­ nung zeigt, liegt der Flansch in einer Ausnehmung in der zweiten Platte 14b und zwischen dieser zweiten Platte und der ersten Platte 14a.

O-Ringe oder ähnliche Dichtungen 36 und 38 befinden sich zwischen den oberen und unteren Oberflächen des Flansches und den Platten, die den Flansch aufneh­ men.

Der eingeschlossene Raum wird unterteilt in eine zweite Luftkammer (ohne Bezugsziffer) und eine zweite Hilfskammer 42 durch eine Trennwand 40. In diesem Falle ist die Trennwand 40 relativ starr und als relativ dicke Platte 40a ausgebildet, die mit einem ringförmigen, elastomeren Körper 40b verbunden ist, der der zweiten Hiifskammer eine relativ hohe Expansions-Federcharakte­ ristik verleiht.

Der Durchlaß 32 ist so dimensioniert, daß die Säule des ERF, die sich in dem Durchlaß befindet, eine Resonanzfrequenz oberhalb von 100 Hz und damit in ei­ nem Bereich aufweist, der hoch genug ist zur Übereinstimmung mit der Fre­ quenz, bei der Resonanzgeräusche in der Fahrzeugkabine auftreten.

Ein Schließventil befindet sich in dem Durchlaß 32. Bei der ersten Ausfüh­ rungsform weist dieses Schließventil die Form einer Anzahl (4) von geraden Elektrodenplatten auf, die sich parallel zueinander erstrecken, wie es in Fig. 2 gezeigt ist. Diese Platten sind derart angeordnet, daß benachbarte Platten ent­ gegengesetzte Spannungen aufnehmen können. Wenn Spannung an die Platten angelegt wird, erhöht sich bei einem den Platten ausgesetzten ERF die Viskosi­ tät derart, daß der Durchlaß geschlossen wird.

Die innere und äußere Elektrodenplatte 30b und die Elektrodenplatten 44 in dem Durchlaß 32 werden mit Hilfe einer Steuerschaltung 50 über Anschlußlei­ tungen 46 und 48 gesteuert.

Bei dieser Anordnung besteht die Tendenz, daß Schwingungen, die von der An­ triebsquelle auf das Fahrgestell übertragen werden, den elastomeren Körper 16 verformen, so daß ERF zwischen die Hauptkammer 26 und die beiden Hilfs­ kammern 28, 42 gepumpt wird.

Wenn keine Spannung sowohl an die Elektrodenplatten 30b als auch die Elektro­ denplatten 44 angelegt wird, wird das ERF durch die Kanäle in die erste Hilfs­ kammer 28 und durch den Durchlaß 32 in die zweite Hilfskammer 42 gelei­ tet.

Je nach Betriebszustand wird durch die Steuerschaltung eine Spannung an die Elektrodenplatten 30b, 44 angelegt, wie es die folgende Tabelle zeigt.

Tabelle

Während des Leerlaufbetriebes wird an die Elektrodenplatten 44 eine Spannung angelegt, die bewirkt, daß die Viskosität des ERF in dem Durchlaß 32 erhöht wird, so daß die Verbindung zwischen der Hauptkammer 26 und der zweiten Hilfskammer 42 unterbrochen wird. Unter diesen Umständen wird eine Verbin­ dung zwischen der Hauptkammer 26 und der ersten Hilfskammer 28 durch die Kanäle 30a ermöglicht und das Fluid in den Kanälen durch die angelegten Schwingungen in Resonanzschwingungen gebracht. Die dynamische Federkon­ stante der Halterung 10 wird stark reduziert, wie die schraffierte Zone A in Fig. 3 zeigt.

Daher wird das Schwingungsübertragungsverhältnis stark reduziert und die Maschinen-Halterung bewirkt beim Leerlauf, daß Schwingungen nicht auf das Fahrzeug-Chassis übertragen werden.

Wenn der Motor schüttelt (Bereich von 10 Hz), wird an beide Elektrodenplatten 30b und 44 Spannung angelegt. Dies bewirkt, daß sowohl der Durchlaß 32 als auch die Kanäle 30a geschlossen werden. Unter diesen Umständen wird der Ver­ lustfaktor der Halterung stark erhöht, wie es der schraffierte Bereich B in Fig. 3 veranschaulicht, und die Übertragung in Verbindung mit relativ großhubigen Bewegungen wird zwischen der Antriebseinheit und dem Chassis stark redu­ ziert.

Bei anderen Zuständen als beim Leerlauf und beim Schütteln erhält keine der Elektrodenplatten eine Spannung. Folglich wird beim Beschleunigen, wenn die Maschinendrehzahl hoch ist, die dynamische Federkonstante der Halterung, wie die schraffierte Zone 4 in Fig. 4 zeigt, gesenkt. Dies geschieht somit in einem Frequenzbereich, in dem die Gefahr besteht, daß Resonanzschwingungen zwi­ schen der Antriebseinheit und dem Fahrzeugchassis übertragen werden.

Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, eine Spannung an die Elektro­ denplatten 30b nur bei anderen Zuständen als beim Leerlauf und beim Schüt­ teln, also bei relativ hohen Frequenzen anzulegen und damit den Durchlaß in den Kanälen zwischen der Hauptkammer 26 und der ersten Hilfskammer 28 zu blockieren.

Die Trennwand 40 ist relativ starr und besteht aus einer relativ dicken Platte 40a mit einem ringförmigen, elastomeren Körper 40b. Auf diese Weise ergibt sich relativ einfach eine relativ hohe Expansions-Federcharakteristik bei ho­ hen Frequenzen.

Fig. 5 zeigt eine Maschinen-Halterung 10′ entsprechend einer zweiten Ausfüh­ rungsform der Erfindung. Die Ausführungsform stimmt weitgehend mit der er­ sten Ausführungsform überein, so daß bei entsprechenden Teilen dieselben Bezugsziffern verwendet werden. Ein Unterschied besteht in einer Verwendung eines Klappenventils 60 mit einer Ventilklappe 62 an einem Ende einer drehba­ ren Welle 64. Das Klappenventil 60 befindet sich in dem Durchlaß 32 anstelle der Elektrodenplatten 44. Das andere Ende der Welle 64 ist mit einem drehbaren Elektromagnet-Motor 66 verbunden. Diese Motoranordnung dreht bei Erregung die Welle 64 in eine Position, in der der Durchlaß 32 geschlossen ist.

Wie bei der ersten Ausführungsform wird der Elektromagnet derart mit Strom versorgt, daß die Ventilklappe 62 die Verbindung zwischen der Hauptkammer 26 und der ersten Hilfskammer 42 beim Leerlauf und beim Schütteln der Ma­ schine schließt.

Claims (5)

1. Aufhängungs-Vorrichtung für Kraftfahrzeug-Maschinen, mit einem elastomeren Körper (16), einer Hauptkammer (26), die zum Teil durch den elastomeren Körper begrenzt wird und mit einem elektro-rheopektischen Fluid gefüllt ist, einer Drosselöffnung (22a, 30a) mit einer Resonanzfrequenz bei niedrigen Frequenzen, einem ersten Satz der Elektrodenplatte (30b) in der Drosselöffnung, und einer ersten Hilfskammer (28) in Fluidverbindung mit der Hauptkammer (26) über die erste Drosselöffnung, welche Hilfskammer (28) eine relativ niedrige Federausdehnungs-Charakteristik aufweist und zum Teil durch ein erstes flexibles Wandteil (24) begrenzt ist, gekennzeichnet durch eine zweite Hilfskammer (42) mit relativ hoher Federausdehnungs- Charakteristik, die zum Teil begrenzt ist durch ein zweites flexibles Wandteil (40), einen Durchlaß (32) zur Herstellung einer Fluidverbindung zwischen der Hauptkammer (26) und der zweiten Hilfskammer, eine Ventileinrichtung (44, 60, 62) in dem Durchlaß (32), die eine Schließung des Durchlasses ermöglicht, und eine Steuereinrichtung (50, 46, 48) in Verbindung mit dem Satz der Elektrodenplatten (30b) und der Ventileinrichtung (44, 60, 62).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite flexible Wandteil (40) eine relativ dicke, mit gegebener Masse behaftete Platte (40a) umfaßt, die im Vergleich zum ersten flexiblen Trennwandteil (24) relativ starr ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung (44, 60, 62) ein Ventilelement (60, 62) umfaßt, das den Durchlaß (32) zwischen der Hauptkammer (26) und der zweiten Hilfkammer (42) in einer ersten Position freigibt und in einer zweiten Position schließt oder begrenzt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtung einen zweiten Satz von Elektrodenplatten (44) in dem Durchlaß (32) umfaßt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (50, 46, 48) den ersten Satz der Elektrodenplatten (30b) erregt und die Ventileinrichtung (44, 60, 62) im Durchlaß (32) schließt, wenn die auf die Halterung (10, 10′) ausgeübte Schwingungsenergie in einem ersten vorgegebenen, niedrigen Frequenzbereich liegt, daß der erste Satz der Elektrodenplatten (30b) ohne Spannung bleibt und die Ventileinrichtung (44, 60, 62) geschlossen bleibt, wenn die Schwingung in einem zweiten, mittleren Schwingungsbereich liegt, der eine höhere Frequenz als der erste Bereich aufweist, und daß der erste Satz der Elektrodenplatten (30b) abgeschaltet und das Ventileinrichtung (44, 60, 62) geöffnet ist, wenn die Schwingung in einem dritten, hochfrequenten Schwingungsbereich liegt.