DE4021224C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schwingungsdämpfende Lagervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige Lagervorrichtung ist mit der DE 37 31 024 A1 bekannt geworden. Dieses bekannte Lager weist zwei voneinander durch Durchgänge getrennte Flüssigkeitskammern auf, die durch Kanäle verbunden sind. An diesen Kanälen kann ein elektrisches Feld angelegt werden, wodurch sich die Viskosität einer in den Kammern enthaltenen rheopektischen Flüssigkeit ändert. Damit wird die Dämpfungscharakteristik der Vorrichtung an Frequenz und Amplitude einer schwingungserzeugenden Einrichtung angepaßt. Es wird ferner vorgeschlagen, flexible Membranen vorzusehen, die die Flüssigkeit in den elektrisch beeinflußbaren Kanälen von der Flüssigkeit trennen, die im übrigen Bereich dieses Lagers vorgesehen ist. In diesem Fall wird die rheopektische Flüssigkeit nur im Bereich dieser elektrisch beeinflußbaren Kanäle verwendet.

Mit der EP 02 71 848 A2 ist eine weitere Schwingungsdämpfungsvorrichtung bekannt geworden, welche zwei mit Flüssigkeit gefüllte Kammern aufweist, die durch eine Zwischenplatte mit Drosseldurchgängen voneinander getrennt sind. Die Zwischenplatte ist durch dünnwandige Gummimembranen flüssigkeitsdicht gegenüber diesen Kammern isoliert, so daß eine dritte Kammer entsteht. Die erste und zweite Kammer wird mit einer Flüssigkeit geringer Viskosität gefüllt, die nicht elektrorheopektisch ist, während diese dritte Kammer mit einem elektrorheopektischen Fluid gefüllt ist.

Die DE 38 20 805 A1 zeigt einen weiteren Schwingungsdämpfer, bei dem eine erste und eine zweite Kammer vorgesehen sind, die flüssigkeitgefüllt und durch eine elastische Membran von einer Luftkammer getrennt sind. Die in den Kammern enthaltene Flüssigkeit ist hier jedoch nicht rheopektisch.

Ausgehend vom erörterten Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Lagervorrichtung zu schaffen, welche eine bessere Anpassung der Dämpfungscharakteristik an das Schwingungsverhalten einer Brennkraftmaschine ermöglicht und damit die Schwingungsdämpfung verbessert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruches 1 gelöst.

Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 eine vordere Schnittansicht einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenschnittansicht längs den Schnittlinien II-II in Fig. 1,

Fig. 3A eine Draufsicht zur Verdeutlichung der Anordnung der Elektroden, welche ein Teil einer Ventilanordnung bilden, die in einer Hilfskammer angeordnet ist und die gemäß der Erfindung ausgelegt ist,

Fig. 3B eine Seitenansicht zur Verdeutlichung der Ventilanordnung, die in der vorstehend angegebenen Hilfskammer vorgesehen ist,

Fig. 4 ein Schaubild zur Verdeutlichung der dynamischen Federkonstante und der Verlustfaktorkenngrößen, die man bei der in Fig. 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung erhält,

Fig. 5 ein Schaubild zur Verdeutlichung der Viskositätsänderungen des ERF, welche auftreten, wenn eine sich ändernde Spannung an die Elektroden der bevorzugten Ausführungsform nach Fig. 1 angelegt wird.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine bevorzugte Ausführungsform nach der Erfindung. Hierbei ist ein Brennkraftmaschinenlager 100 gezeigt, das ein inneres, zylindrisches Verbindungsteil 12, ein äußeres zylindrisches Verbindungsteil 14 und einen elastomeren Körper 16 aufweist, der zwischen den beiden Teilen 12 und 14 angeordnet ist und fest mit dem inneren Verbindungsteil 12 durch Aufvulkanisieren oder dergleichen verbunden ist.

Das innere Verbindungsteil 12 ist bei diesem Beispiel derart ausgelegt, daß es mit einer Antriebseinheit (beispielsweise einer Einheit aus Brennkraftmaschine und Getriebe) oder dem Fahrzeugfahrgestell verbunden werden kann, während das äußere Teil 14 derart ausgelegt ist, daß es mit dem jeweils anderen der beiden vorstehend genannten Teile verbunden werden kann. Bei dieser Verbindungsauslegung lagert der elastomere Körper 16 die Antriebseinheit auf dem Fahrgestell.

Eine elastomere Schicht 18 ist um den äußeren Umfang des elastomeren Körpers 16 angeordnet, der dann mittels Kraftschluß passend in den äußeren zylindrischen Teil 14 eingesetzt ist.

Ein im wesentlichen kreisringförmiger, starrer, nichtleitender Einsatz 28 ist bezüglich des elastomeren Körpers 16 derart angeordnet, daß eine Hauptkammer 20 und eine erste Hilfskammer 24 gebildet werden.

Wie am deutlichsten aus Fig. 1 zu ersehen ist, ist der elastomere Körper 16 auch mit einem Hohlraum versehen, der im wesentlichen parallel zu der Achse des inneren Verbindungsteils 12 verläuft und eine Luftkammer S bildet, die von der Hilfskammer 24 durch eine flexible Membrane 22 getrennt ist. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wirkt die erste Hilfskammer 24 als eine Expansionskammer, in die Fluid aus der Hauptkammer 20 verdrängt werden kann.

Gewölbte Drosseldurchgänge 30, 32, die bei diesem Anwendungsfall im wesentlichen viereckförmige Querschnitte haben, werden in dem ringförmigen Einsatz 28 gebildet und sind derart ausgelegt, daß eine Fluidverbindung zwischen den Haupt- und Hilfskammern 20, 24 hergestellt wird.

Elektroden 34 und 34a sowie 36 und 36a sind jeweils längs den inneren und äußeren Wänden der Drosseldurchgänge 30, 32 angeordnet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Elektroden 34a und 36a, die längs den äußeren Wänden angeordnet sind, derart ausgelegt, daß sie mit Masse (oder alternativ mit einem Minuspol) verbunden werden können, während jene an den inneren Wänden derart beschaffen sind, daß sie mit einem positiven Pol einer Spannungsquelle verbindbar sind.

Die Haupt- und Hilfskammern 20, 24 sind mit einer ersten Sorte eines elektrorheopektischen Fluids (ERF) gefüllt. Die Viskosität des ERF in den Drosseldurchgängen wird durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden 34, 34a, 36, 36a gesteuert.

Bezüglich der Art und Weise, mit der die Spannung an die Elektroden angelegt werden kann, wird auf die US-PS 47 42 998 hingewiesen.

Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Abmessungen der Drosseldurchgänge 30, 32 und die Federkonstante der Hauptkammer 20, die in dem elastomeren Körper 16 gebildet wird, derart gewählt, daß die Resonanzfrequenz der Drosseldurchgänge in einen Bereich von 35∼50 Hz fällt, so daß dann, wenn die Brennkraftmaschine im Leerlauf (beispielsweise bei 600∼900 1/min) arbeitet, die predominante harmonische Oberschwingung, die hierbei erzeugt wird (die harmonische Oberschwingung zweiter Ordnung im Falle einer Vierzylinder-Viertakt-Brennkraftmaschine) in dem Bereich von 20∼30 Hz fällt und eine niedrige dynamische Federkonstante erzeugt wird (siehe Linienteil 1 in Fig. 4).

Der ringförmige Einsatz 28 ist aus einem elektrisch nichtleitenden Material ausgebildet und hat eine darin ausgebildete Öffnung. Die Mündung dieser Öffnung ist durch ein flexibles, elastomeres Flächenstück 40 verschlossen, das bei der dargestellten Form zwischen mit Rippen versehenen Abschnitten, die auf dem äußeren Umfang des ringförmigen Einsatzes ausgebildet sind und der elastomeren Schicht 18 angeordnet ist. Die flexible Trennwand 40 trennt einen Teil der Hauptkammer ab und bildet eine zweite Hilfskammer 42 zwischen demselben und der elastomeren Schicht 18.

Der Teil der elastomeren Schicht 18, der der Öffnung diametral gegenüberliegt, ist als Membrane ausgebildet, die eine Atmosphärendruckkammer 50 zwischen derselben und dem äußeren, zylindrischen Teil 14 begrenzt.

Die Hilfskammer 42 ist mit einer zweiten Sorte eines ERF gefüllt und bildet eine strömungsbeeinflussende Einrichtung 46 die die in dem ringförmigen Einsatz 28 ausgebildete Öffnung überspannt. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform umfaßt die eine strömungsbeeinflussende Einrichtung eine Elektrodenanordnung 44, die bei diesem Fall positive und negative (an Masse liegende) Elektrodenkörper 44a und 44b umfaßt, die einander in der in den Fig. 3A und 3B gezeigten Weise zugeordnet sind. Die Elektroden steuern die Viskosität des ERF, das in der Hilfskammer 42 enthalten ist.

Das ERF, das in der Hilfskammer 42 enthalten ist, ist derart gewählt, daß es größere Viskositätsänderungen beim Anliegen einer gegebenen Spannung als das ERF erfährt, das die Hauptkammer 20, die Hilfskammer 24 und die diese verbindenden Drosseldurchgänge ausfüllt. Folglich erhält man die Spannungs/Viskositätskennlinien, die in Fig. 5 gezeigt sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Viskosität des Fluids in der Hilfskammer 42 immer eine höhere Viskosität als das ERF in den Drosseldurchgängen 30, 32 bei ein und derselben anliegenden Spannung hat. Wie in Fig. 5 beispielsweise gezeigt ist, steigt bei einer Zunahme der Spannung der Viskosität des ERF in den Drosseldurchgängen 30, 32 im wesentlichen mit derselben Rate aber ausgehend von einem niedrigeren Wert als in der Hilfskammer 42 an.

Nachstehend wird die Arbeitsweise näher beschrieben.

Die Arbeitsweise der vorstehend angegebenen bevorzugten Ausführungsform ist so gewählt, daß ausgehend von dem Zeitpunkt, zu dem ein Zündschalter der Brennkraftmaschine eingeschaltet wird, im Grundzustand eine Spannung an alle Elektroden angelegt wird. Wenn die Lagervorrichtung einer Schwingung ausgesetzt ist, die durch den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine erzeugt wird, bei dem eine Schwingung mit relativ kleiner Amplitude und niedriger Frequenz auftritt, wird über eine nicht näher dargestellte Schaltungsanordnung eine Spannung nur an die Elektroden 44a und 44b angelegt. Unter diesen Bedingungen steigt die Viskosität des ERF in der Hilfskammer 42 schnell bis nahe zu dem Feststoffzustand an, und es wird bewirkt, daß die Hilfskammer 42 sich in sogenannter Weise "klebend" verhält.

Wenn das ERF in der Hilfskammer 42 diesen Zustand einnimmt, wird das elastomere Trennwandflächenstück 40 an jeglicher Durchbiegung und Biegung gehindert. Als Folge hiervon wird jegliche Verminderung der Fluidverdrängung zwischen der Haupt- und Hilfskammer 20, 24 verhindert und die Effektivität, mit der die Schwingungsenergie in eine Fluidbewegung durch die Resonanz der Masse oder der Fluidsäule in den Drosseldurchgängen umgewandelt wird, läßt sich steigern.

Wenn wie in Fig. 4 mit dem Kurventeil (1) dargestellt ist, die Lagervorrichtung Schwingungen ausgesetzt wird, die beim Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine auftreten, bei denen die Frequenz der harmonischen Oberschwingung zweiter Ordnung in den Bereich von 20∼30 Hz fällt, erhält man bei der Lagervorrichtung eine dynamische Federkonstante, die einen niedrigen Wert annimmt und die die Übertragung der Schwingung von der Brennkraftmaschine oder der Antriebseinheit auf das Fahrgestell dämpft. In anderen Worten bedeutet dies, daß, wenn die Viskosität des ERF in den Drosseldurchgängen 30, 32 infolge des Fehlens einer anliegenden Spannung an den Elektroden 34, 34a und 36, 36a niedrig ist, die Fluidmenge, die durch die Durchgänge hin- und herschwingen kann, ein Maximum annimmt, was zu einer niedrigen dynamischen Federkonstante führt.

Wenn die Schwingungen, die auf die Lagervorrichtung einwirken, eine relativ niedrige Frequenz, aber eine große Amplitude haben, liegt an allen Elektroden eine Spannung an. Unter diesen Bedingungen wird die Viskosität des ERF in der Hilfskammer 42 auf einem hohen Wert gehalten, so daß verhindert wird, daß das als Trennwand 40 dienende elastomere Flächenstück eine Biegung bzw. Durchbiegung erfahren kann, und die Viskosität des ERF in den Drosseldurchgängen 30, 32 steigt auf einen vorbestimmten Wert an.

Selbst wenn zu diesem Zeitpunkt die Viskosität des ERF in den Drosseldurchgängen 30, 32 kleiner als jene des ERF in der Hilfskammer 42 ist, erzeugen die Drosseldurchgänge einen hohen Strömungswiderstand für das zwischen Haupt- und Hilfskammer 20, 24 zu verdrängende Fluid so daß eine starke Dämpfungswirkung erreicht wird. Als Folge hiervon haben die dynamische Federkonstante und der Verlustfaktor der Lagervorrichtung erhöhte Werte, wie dies die gestrichelten Kurven (2) in Fig. 4 zeigen.

Wenn ferner Schwingungen mit einer relativ hohen Schwingungsfrequenz auftreten, welche Echo- und/oder Beschleunigungsgeräusche erzeugen, und diese an der Lagervorrichtung auftreten, liegt an keiner der Elektroden eine Spannung an. Als Folge hiervon nehmen alle ERF im Lager einen Zustand mit niedriger Viskosität an. Unter diesen Umständen nimmt die Viskosität des ERF in der Hilfskammer 42 ab, so daß das als Trennwand 40 dienende elastomere Flächenstück flexibel wird. Da die strömungsbeeinflussende Einrichtung 46 nunmehr offen ist, können Druckänderungen in der Hauptarbeitskammer abgebaut werden (indem eine Biegung der flexiblen Trennwand 40 bewirkt wird) und es wird die Fluidmenge herabgesetzt, die zwischen der Haupt- und Hilfskammer 20, 24 hin- und hergepumpt werden soll. Wenn beispielsweise eine Verformung des elastomeren Trennwandflächenstücks 40, der Membrane 48 und des nunmehr dazwischen befindlichen ERF bewirkt wird, können Druckänderungen in der Hauptkammer zu der Atmosphärenluftkammer 50 übertragen werden.

Das Lager hat daher eine verminderte, dynamische Federkonstante in diesem Bereich, wie dies mit dem Linienzug (3) in Fig. 4 verdeutlicht ist.

Die nachstehende Tabelle zeigt die vorstehend beschriebenen Kombinationen der Spannungsbeaufschlagungen der Elektroden.

Tabelle

Zusammenfassend ist die Auslegung nach der Erfindung derart getroffen, daß eine flexible Trennwand, die der Hauptkammer zugewandt ist, und eine Membrane, die auf einer Seite dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist, eine Hilfskammer zwischen denselben bilden, die mit einem elektrorheopektischen Fluid (ERF) gefüllt ist, das eine Viskosität erreichen kann, die größer als jene des Fluids ist, das zwischen der Haupt- und Hilfskammer hin- und herverdrängt wird. Elektroden, die in Verbindung mit dem ERF in der Hilfskammer 42 eine strömungsbeeinflussende Einrichtung bilden, ermöglichen, daß die flexible Trennwand 40 wahlweise flexibel oder inflexibel gemacht werden kann. Wenn die flexible Trennwand flexibel gemacht wird, bewirken Druckänderungen, die in der Hauptkammer auftreten, daß die flexible Trennwand, die Membrane und das dazwischen befindliche Fluid so gebogen bzw. bewegt werden, als wenn es sich hierbei um eine Art fluidgefüllte Membrane handeln würde. Diese Biegung "leitet" in gewissem Maße den Druck der Hauptkammer ab und setzt die Fluidmenge herab, die durch die Drosseldurchgänge hin- und herverdrängt wird.

Wenn die strömungsbeeinflussende Einrichtung dadurch geschlossen wird, daß eine hohe Spannung an die Elektroden in der Hilfskammer 42 angelegt wird, und hierdurch bewirkt wird, daß das darin enthaltene ERF einen hochviskosen Zustand einnimmt, wird eine Biegung bzw. Verformung der flexiblen Trennwand 40 unterbunden und eine Druck-"ableitung" wird verhindert. Hierdurch nimmt die Fluidmenge ihr Maximum ein, die durch die Drosseldurchgänge bei einer gegebenen Druckänderung in der Hauptkammer hin- und herverdrängt wird.

Zusätzlich zu diesen Vorteilen ist es möglich, eine Spannung an die Elektroden in den Drosseldurchgängen anzulegen, wodurch man die Viskosität des darin enthaltenen ERF erhöhen kann. Hierdurch läßt sich in starkem Maße der Strömungswiderstand zwischen der Haupt- und Hilfskammer 20, 24 erhöhen, und in Verbindung mit der geschlossenen strömungsbeeinflussenden Einrichtung wird die Steifigkeit und Dämpfungsfunktion der Lagervorrichtung verstärkt.

Claims (4)

1. Schwingungsdämpfende Lagervorrichtung zur Verwendung bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen mit:
einem elastomeren Körper (16), der als Zwischenverbindung zwischen ersten und zweiten starren Verbindungsteilen (12, 14) vorgesehen ist, mit:
einer Haupt- und einer Hilfskammer (20, 24), die zwischen dem zweiten starren Verbindungsteil (14) und Vertiefungen im elastomeren Körper (16) ausgebildet sind,
einem ringförmig geformten Einsatz (28), der innerhalb des zweiten starren Verbindungsteiles (14) angeordnet ist,
Drosseldurchgängen (30, 32), die in dem ringförmigen Einsatz (28) ausgebildet sind, und die Haupt- und Hilfskammer (20, 24) verbinden und die Drosseldurchgangs-Steuerelektroden (34, 34a, 36, 36a) aufweisen,
einer Membran (22) , die die Hilfskammer (24) von einer Luftkammer (S) trennt,
einem ersten elektrorheopektischen Fluid, welches in die Haupt- und Hilfskammer (20, 24) und die Drosseldurchgänge (30, 32) eingefüllt ist, und
einer Membraneinrichtung, welche eine flexible Trennwand (40) aufweist, die die Hauptkammer (20) begrenzt, sowie eine zweite Membran (48) die zusammen mit der flexiblen Trennwand (40) eine zweite Hilfskammer (42) bildet, die hermetisch von der Hauptkammer (20) getrennt ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die zweite Hilfskammer (42) mit einem zweiten elektrorheopektischen Fluid gefüllt ist und eine Elektrodenanordnung (44) aufweist, die allein die Viskosität des zweiten elektrorheopektischen Fluids steuert, und
daß die der zweiten Hilfskammer (42) abgewandte Fläche der zweiten Membran dem Atmosphärendruck ausgesetzt ist.

2. Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite starre Verbindungsteil (12, 14) im wesentlichen rohrförmig sind, wobei das erste starre Verbindungsteil (12) innerhalb des zweiten starren Verbindungsteils (14) angeordnet ist.

3. Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Membran (48) als Teil einer Elastomerschicht (18) ausgebildet ist, welche an dem inneren Umfang des zweiten starren Verbindungsteils (14) anliegt.

4. Lagervorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite elektrorheopektische Fluid eine höhere Viskosität aufweist als das erste elektrorheopektische Fluid, wenn diese der gleichen Spannung ausgesetzt sind.