DE4106214A1 - Elastische aufhaengung mit einer fluidfuellung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine zylindrische, elastische Aufhängung, die imstande ist, auf der Grundlage von Strömungen eines in ihr enthaltenen Fluids auf die Auf­ hängung einwirkende Vibrationen zu dämpfen und zu isolieren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine derartige elastische Aufhängung oder Lagerung mit einer Fluidfüllung, die eine mit einem Fluid von hoher Viskosität und mit einem Fluid von niedriger Viskosität gefüllte Fluidkammer besitzt, von einfachem Aufbau ist und einen hohen Dämpfungseffekt mit Bezug auf niederfrequente Vibrationen bietet sowie eine ver­ minderte dynamische Federkonstante mit Bezug auf hochfrequen­ te Vibrationen aufweist.

Eine zylindrische, elastische Aufhängung oder Befestigungs­ vorrichtung ist als ein Mittel zur elastischen oder flexiblen Verbindung von zwei Bauteilen in einem Schwingungssystem in einer schwingungsdämpfenden oder -isolierenden Weise bekannt. Die zylindrische, elastische Aufhängung hat eine innere sowie eine äußere Metallhülse, die in radial beabstandeter Lagebe­ ziehung zueinander angeordnet sind, sowie einen zwischen die beiden Hülsen eingefügten, diese federnd verbindenden elasti­ schen Körper. Diese Art einer elastischen Aufhängung wird in weitem Umfang beispielsweise als eine Motoraufhängung, eine Befestigungsvorrichtung für ein Differentialgetriebe und als eine Aufhängungsbuchse für ein Kraftfahrzeug ver­ wendet.

Die herkömmliche zylindrische, elastische Aufhängung mit dem oben beschriebenen Aufbau stützt sich lediglich auf eine elastische oder nachgiebige Eigenschaft des elastischen Kör­ pers, um die eingetragenen Schwingungen zu dämpfen oder zu isolieren. Insofern ist es für die herkömmliche Aufhängung schwierig, die erhöhten Anforderungen für einen höheren Grad einer Fähigkeit zum Dämpfen oder Isolieren von Schwingungen und Geräuschen bei modernen Kraftfahrzeugen zu erfüllen. Deshalb wurde in jüngerer Zeit vorgeschlagen, einen inneren Raum der elastischen Aufhängung mit einem geeigneten Fluid zu füllen, um eine sog. elastische Aufhängung mit einer Fluid­ füllung zu schaffen, deren Kennwerte in bezug auf eine Dämp­ fung oder Isolierung von Schwingungen verbessert sind.

Ein Beispiel für eine solche elastische Aufhängung mit einer Fluidfüllung ist Gegenstand der US-PS 47 86 036. Die in die­ ser Patentschrift offenbarte elastische Aufhängung mit einer Fluidfüllung besitzt eine allgemein ringförmige Fluidkammer, die in der Umfangsrichtung der Aufhängung zwischen der inne­ ren sowie äußeren Hülse, welche durch den elastischen Körper verbunden sind, ausgebildet ist. Die Fluidkammer ist mit einem viskosen Fluid von hoher kinematischer Viskosität angefüllt und mit einer Mehrzahl von Scherspalten versehen, die Scher­ spannungen hervorrufen, welche bei Aufbringen einer Schwin­ gungsbelastung auf die Aufhängung auf die durch die Spalte fließende hochviskose Flüssigkeit zur Einwirkung gebracht werden sollen.

Die derart aufgebaute und mit dem hochviskosen Fluid gefüll­ te elastische Aufhängung bietet einen Dämpfungskoeffizienten auf der Grundlage der Scherspannungen, die auf das hochvisko­ se Fluid innerhalb der Scherspalte bei Einwirken der nieder­ frequenten Schwingungen auf die Aufhängung aufgebracht wer­ den, welcher hoch genug ist, um niederfrequente Schwingungen, wie sie bei einem Rütteln oder Hüpfen des Fahrzeugs auftreten, wirksam zu dämpfen.

Weitere Untersuchungen und Analysen, die seitens der Erfin­ der an der oben beschriebenen elastischen Aufhängung durchge­ führt wurden, zeigten jedoch, daß diese eine in ungünstiger Weise erhöhte dynamische Federkonstante hat, wenn die Fre­ quenz der eingetragenen Schwingungen ansteigt, und in ihrer Fähigkeit zur Isolierung von Vibrationen, welche für hochfre­ quente Vibrationen, wie Brumm- oder Getriebegeräusche oder auf die Straßenoberfläche zurückzuführende Geräusche, erfor­ derlich ist, nicht zufriedenstellend ist.

Es ist demzufolge die Aufgabe der Erfindung, eine elastische Aufhängung mit einer Fluidfüllung zu schaffen, die einen ein­ fachen Aufbau aufweist und eine verminderte dynamische Feder­ konstante mit Bezug auf hochfrequente Schwingungen zeigt, während sie eine hohe schwingungsdämpfende Wirkung mit Bezug auf niederfrequente Vibrationen auf der Grundlage von auf ein hochviskoses Fluid aufgebrachten Scherspannungen gewähr­ leistet.

Diese Aufgabe kann gemäß den Prinzipien der Erfindung gelöst werden, wonach eine elastische Aufhängung mit einer Fluidfül­ lung umfaßt: (a) eine Innenhülse, (b) eine radial auswärts der Innenhülse und mit Abstand von dieser angeordnete Außen­ hülse, (c) einen allgemein ringförmigen, elastischen Körper, der zwischen die Innen- sowie Außenhülse eingefügt ist und zwischen den Hülsen eine elastische Verbindung herstellt, wobei der elastische Körper wenigstens teilweise eine in der Umfangsrichtung der elastischen Aufhängung sich erstreckende Fluidkammer derart begrenzt, daß deren Gestalt sich bei Auf­ bringen einer Schwingungsbelastung zwischen der Innen- und Außenhülse ändert, und die Fluidkammer mit einem ersten sowie zweiten Fluid, die miteinander unvermischbar sind, gefüllt ist, von denen das erste Fluid eine gegenüber der kinemati­ schen Viskosität des zweiten Fluids niedrigere kinematische Viskosität und eine relative Dichte, die zu derjenigen des zweiten Fluids unterschiedlich ist, hat, (d) verengende Ein­ richtungen, die wenigstens einen Drosselkanal als wenigstens einen Teil der Fluidkammer, in dem das erste Fluid vorhanden ist, bestimmen, wobei das erste Fluid bei Aufbringen der er­ wähnten Schwingungsbelastung zwangsweise zum Fließen durch den wenigstens einen Drosselkanal gebracht wird, und (e) spaltbildende Einrichtungen, die einen Scherspalt als einen anderen Teil der Fluidkammer, in dem das zweite Fluid vorhan­ den ist, bestimmen, wobei das zweite Fluid bei Aufbringen der erwähnten Schwingungsbelastung zwangsweise zum Fließen durch den Scherspalt gebracht wird, so daß auf das zweite Fluid aufgebrachte Scherspannungen erzeugt werden.

Die elastische Aufhängung mit einer Fluidfüllung mit dem oben beschriebenen Aufbau gemäß der Erfindung bietet auf der Grundlage von den auf das zweite oder hochviskose Fluid auf­ gebrachten Scherspannungen, welches zu einem Fließen durch den Scherspalt in der Fluidkammer gezwungen wird, einen ho­ hen schwingungsdämpfenden Effekt für die eingetragenen Vibra­ tionen mit relativ niedrigen Frequenzen. Ferner bietet die erfindungsgemäße elastische Aufhängung eine ausreichend nie­ drige dynamische Federkonstante für die eingetragenen Vibra­ tionen mit relativ hohen Frequenzen, und zwar auf der Grundla­ ge einer Resonanz des ersten oder niederfrequenten Fluids, das zu einem Fließen durch den Drosselkanal oder die Drossel­ durchgänge in der Fluidkammer zwangsweise gebracht wird. In­ sofern ist die erfindungsgemäße elastische Aufhängung mit einer Fluidfüllung in ihren Fähigkeiten oder Kennwerten zur Dämpfung und Isolierung von Schwingungen insgesamt ausge­ zeichnet.

Da das niederviskose und das hochviskose Fluid aufgrund eines Unterschieds in deren relativer Dichte in jeweils vor­ bestimmten Abschnitten oder Teilen der Fluidkammer aufgenom­ men sind, kann die Konstruktion zur Bestimmung oder Begren­ zung der Fluidkammer erheblich vereinfacht werden. Demzufolge kann die erfindungsgemäße elastische Aufhängung mit einer Fluidfüllung, die eine hervorrragende schwingungsdämpfende und -isolierende Fähigkeit auf der Grundlage der zwei unter­ schiedlichen Fluide besitzt, mit einem einfachen Aufbau ge­ fertigt und mit hoher Leistungsfähigkeit ohne Schwierigkei­ ten produziert werden.

Der elastische Körper kann ein axial zwischenliegendes Teil besitzen, das mit einem allgemein ringförmigen Freiraum verse­ hen ist, welcher eine allgemein ringförmige Fluidkammer schafft, die die oben erwähnte Fluidkammer bildet.

Der oben genannte wenigstens eine Drosselkanal kann aus einem Paar von Drosseldurchgängen als zwei einander in einer dia­ metralen Richtung, die zu einer vertikalen Richtung, in der die Aufhängung die Schwingungsbelastung aufnimmt, rechtwinklig ist, gegenüberliegende Teile der Fluidkammer ausgebildet sein. In diesem Fall kann der Scherspalt aus einem der zwei ent­ gegengesetzten Teile der Fluidkammer, die einander in der vertikalen Richtung der Aufhängung diametral gegenüberlie­ gen, bestehen.

Die verengenden Einrichtungen können den elastischen Körper und einen nach außen von der Innenhülse radial vorragenden Vorsprung umfassen, wobei der Vorsprung zusammen mit dem elastischen Körper das Paar von Drosseldurchgängen derart begrenzt, daß diese durch ein oberes Teil der zwei entgegen­ gesetzten Teile der Fluidkammer, das als der Scherspalt dient, verbunden sind.

Die spaltbildenden Einrichtungne können den elastischen Kör­ per, die Außenhülse sowie den oben erwähnten radialen Vor­ sprung umfassen. Der Scherspalt hat im Querschnitt der Aufhän­ gung eine bogenförmige Gestalt, welche durch eine Innenum­ fangsfläche der Außenhülse sowie eine radiale Stirnfläche des radialen Vorsprungs bestimmt ist.

Der oben erwähnte radiale Vorsprung kann aus einem an der Innenhülse angebrachten Metallring sowie einer diesen Metall­ ring abdeckenden und die radiale Stirnfläche des Vorsprungs bildenden Gummischicht bestehen.

Die Aufgabe wie auch weitere Ziele und die Merkmale sowie Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeich­ nungen Bezug nehmenden Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes deutlich. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt einer Ausführungsform einer elasti­ schen, mit einem Fluid gefüllten Aufhängung, die als eine Aufhängungsbuchse für ein Kraftfahrzeug verwen­ det wird;

Fig. 2 den Axialschnitt nach der Linie 2-2 in der Fig. 1;

Fig. 3 einen Querschnitt einer inneren Baugruppe der Buchse von Fig. 1, welche als ein Zwischenprodukt erzeugt wird, indem ein Gummimaterial zur Ausbildung eines elastischen, an einer Innenhülse befestigten Körpers und eine Zwischenhülse der Buchse vulkanisiert werden;

Fig. 4 den Axialschnitt nach der Linie 4-4 in der Fig. 3;

Fig. 5, 6 und 7 Diagramme, die Betriebskennwerte der Auf­ hängungsbuchse von Fig. 1 in bezug auf Frequenzen von aufgebrachten Schwingungen im Vergleich mit Kennwerten von Vergleichsbeispielen wiedergeben.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Buchsen-Bausatz 10 mit einer Fluidfüllung, der gemäß der Erfindung ausgestaltet ist und als eine Aufhängungsbuchse bei einem Kraftfahrzeug verwendet wird.

Der Buchsen-Bausatz 10 umfaßt eine Innenhülse 12 und eine radial auswärts von dieser angeordnete Außenhülse 14. Die Innen- und Außenhülse 10, 12 bestehen aus einem Metallmate­ rial und sind mit einem geeigneten radialen Abstand koaxial oder konzentrisch zueinander angeordnet. Der Buchsen-Bausatz 10 umfaßt ferner einen relativ dickwandigen, allgemein ring­ förmigen elastischen Körper 16 aus einem Gummimaterial, der zwischen die Innen- und Außenhülse 12, 14 eingefügt ist, um diese beiden Hülsen elastisch untereinander zu verbinden.

Der Bausatz 10 wird am Kraftfahrzeug in der vertikalen Rich­ tung bei Betrachtung von Fig. 1 eingebaut, um zwei Bauteile des Fahrzeugs flexibel zu verbinden, wobei das eine dieser beiden Bauteile durch eine innere Bohrung 18 der Innenhülse 12 geführt wird, während die Außenhülse 14 im Preßsitz in eine Befestigungsöffnung, die im anderen Bauteil ausgebildet ist, eingesetzt wird. Der auf diese Weise am Fahrzeug ange­ brachte Bausatz 10 ist imstande, eine Schwingungsbelastung, die primär in einer der vertikalen Richtung von Fig. 1 ent­ sprechenden diametralen Richtung aufgebracht wird, aufzunehmen. Diese diametrale Richtung wird im folgenden als "Lastaufnah­ merichtung" bezeichnet.

Im einzelnen ist die Innenhülse 12 ein zylindrisches Metall­ teil mit einerrelativ großen Wanddicke. Ein relativ dick­ wandiger Metallring 20 ist über die Innenhülse 12 geschoben und an einem axial zwischenliegenden Teil dieser Hülse befe­ stigt. Radial außerhalb der Innenhülse 12 ist eine Zwischen­ hülse 22 angeordnet, die aus einem Metall gefertigt ist und eine relativ geringe Wanddicke hat, wobei die Innen- und Zwischenhülse 12, 22 in zueinander konzentrischer und radial beabstandeter Lagebeziehung gehalten werden. Der elastische Körper 16 ist zwischen die Innen- sowie Zwischenhülse 12 bzw. 22 derart eingesetzt, daß die Innenhülse 12 durch Vulkanisie­ ren an der Innenumfangsfläche des elastischen Körpers 16 be­ festigt ist, während die Zwischenhülse 22 an der Außenumfangs­ fläche des elastischen Körpers 16 durch Vulkanisieren fest angebracht ist, wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist. Auf die­ se Weise bilden die Innen- und Zwischenhülse 12, 22 sowie der elastische Körper 16 eine einstückige innere Baugruppe 24, die während der Herstellung des Buchsen-Bausatzes 10 als ein Zwischenprodukt gefertigt wird.

Die innere Baugruppe 24 weist einen allgemein ringförmigen Freiraum 26 auf, der zwischen der Innen- und Zwischenhülse 12 bzw. 22 auf dem gesamten Umfang von diesen ausgebildet ist. Dieser Freiraum 26 befindet sich in einem axial zwischenlie­ genden Teil des elastischen Körpers 16, wie die Fig. 4 zeigt. Die Zwischenhülse 22 ist mit einem Paar von Fenstern 28 aus­ gestattet, welche durch ihre diametral entgegengesetzen Teile hindurch, die einander diametral mit Bezug zur Innenhülse 12 in der Lastaufnahmerichtung gegenüberliegen, ausgebildet sind. Der ringförmige Freiraum 26 ist an diametral entgegen­ gesetzten Seiten von diesem in einer Außenumfangsfläche der inneren Baugruppe 24 durch die in der Zwischenhülse 22 ausge­ bildeten Fenster 28 hindurch offen.

Der Metallring 20 befindet sich innerhalb des ringförmigen Freiraumes 26. An der Außenumfangsfläche des Metallrings 20 ist als einstückiges Teil des elastischen Körpers eine Gum­ mischicht 30 derart ausgestaltet, daß sie durch Vulkanisie­ ren am Metallring 20 festgehalten ist. Die Gummischicht 30 und der Metallring 20 wirken miteinander zusammen, um einen allgemein ringförmigen, radialen Vorsprung 32 zu bilden, der innerhalb des ringförmigen Freiraumes 26 angeordnet ist und radial von der Bodenfläche des Freiraumes nach außen vor­ steht. Das heißt mit anderen Worten, daß der radiale Vorsprung 32 vom axial zwischenliegenden Teil der Innenhülse 12 radial auswärts in den ringförmigen Freiraum 26 ragt.

Die auf diese Weise vorbereitete innere Baugruppe 24 wird an der Zwischenhülse 22 radial einwärts nach Bedarf kompri­ miert, um dem elastischen Körper 16 eine vorausgehende Kom­ pression in einem geeigneten Ausmaß zu vermitteln. Anschlie­ ßend wird die Außenhülse 14 an der inneren Baugruppe 24 ange­ bracht und an der Außenumfangsfläche der Zwischenhülse 22 unter Verwendung von acht Ziehmatrizen, die um den Umfang der Außenhülse 14 herum angeordnet sind, befestigt.

Wenn die Außenhülse 14 an der inneren Baugruppe 24 angebracht ist, werden die Öffnungen der Fenster 28 der Zwischenhülse 22 fluiddicht durch diese Hülse 14 verschlossen, so daß der ringförmige Freiraum 26 der inneren Baugruppe 24 fluiddicht abgeschlossen ist, um eine allgemein ringförmige Fluidkammer 34 zu schaffen.

Diese ringförmige Fluidkammer 34 erstreckt sich zwischen der Innen- sowie Außenhülse 12, 14 in deren Umfangsrichtung und ist im axialen Querschnitt, wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, im wesentlichen U-förmig ausgestaltet, wobei der radiale Vor­ sprung 32 von der Innenhülse 12 zur Außenhülse 14 hin vor­ steht. Im einzelnen umfaßt die ringförmige Fluidkammer 34 zwei entgegengesetzte Teile, die als ein Paar von Drossel­ kanälen oder -durchgängen 42 dienen, welche einander in dia­ metraler Richtung der Innenhülse 12 gegenüberliegen, wobei diese diametrale Richtung senkrecht zur Lastaufnahmerichtung ist. Jeder der Drosselkanäle 42 hat eine vorgegebene Länge sowie eine vorgegebene Querschnittsfläche und verläuft im wesentlichen in einer zur Lastaufnahmerichtung parallelen Richtung.

Ferner umfaßt die ringförmige Fluidkammer 34 zwei entgegenge­ setzte Teile, die als ein oberer Scherspalt 44 bzw. ein unte­ rer Scherspalt 46 dienen und einander in diametraler Richtung der Innenhülse 12 in der Lastaufnahmerichtung gegenüber­ liegen. Dieser obere und untere Scherspalt 44 bzw. 46 sind zwischen dem radialen Vorsprung 32 sowie der Außenhülse 14 abgegrenzt und erstrecken sich in der Achs- und Umfangsrich­ tung über die diametral entgegengesetzten Stirnflächen des radialen Vorsprungs 32, die der Außenhülse 12 mit einem ge­ eigneten Zwischenraum zugewandt sind.

Die ringförmige Fluidkammer 34 wird mit zwei Arten eines Fluids gefüllt, nämlich mit einem niederviskosen Fluid 36 und einem hochviskosen Fluid 38, die unterschiedliche kinema­ tische Viskositätswerte und relative Dichtewerte haben sowie miteinander unvermischbar sind. Diese Fluide 36 und 38 wer­ den in jeweils vorbestimmter Menge in die Fluidkammer 34 eingespritzt. Es sollte klar sein, daß die zwei ausgezogenen Linien in Fig. 1, die das niederviskose und hochviskose Fluid 36 bzw. 38 begrenzen, nicht das Vorhandensein eines Trenn­ films oder einer Trennschicht od. dgl. angeben, sondern le­ diglich eine Zwischenfläche oder Grenze zwischen den Fluid­ massen 36 und 38 darstellen.

Die Außenhülse 14 ist auf ihrer gesamten Innenumfangsfläche mit einer dünnwandigen Abdicht-Gummilage 40 abgedeckt. Diese Gummilage 40, die einem Preßdruck zwischen der Außen- und Zwischenhülse 14 sowie 22 ausgesetzt ist, dient dazu, eine verbesserte Fluiddichtheit der ringförmigen Fluidkammer 34 zu gewährleisten.

Im einzelnen hat das niederviskose Fluid 36 üblicherweise eine kinematische Viskosität, die nicht höher ist als 50 mm²/s (50 cSt) vorzugsweise nicht höher als 30 mm²/s. Beispielsweise können Wasser, Alkylenglykol, Polyalkylengly­ kol oder eine Mischung aus diesen als das niederviskose Fluid 36 mit Vorteil verwendet werden. Andererseits hat das hochviskose Fluid 38 eine relative Dichte, die kleiner oder größer als diejenige des niederviskosen Fluids 36 ist, und es ist mit diesem Fluid 36 nicht vermischbar. Das hochviskose Fluid 38 hat üblicherweise eine kinematische Viskosität von wenigstens 10 000 mm²/s, vorzugsweise eine solche im Bereich von 50 000-500 000 mm²/s. Als geeignetes hochviskoses Fluid 38 kann beispielsweise Silikonöl verwendet werden.

Bei dem Buchsen-Bausatz 10 der in Rede stehenden Ausführungs­ form ist das niederviskose Fluid 36 eine Mischung aus Äthy­ len- und Polyäthylenglykol, die eine relative Dichte von 1,04 hat, während das hochviskose Fluid 38 ein Silikonöl von hoher Viskosität mit einer relativen Dichte von 0,97-0,98 ist. Die Menge des in die ringförmige Fluidkammer 34 inji­ zierten niederviskosen Fluids 36 ist um einen vorgegebenen Wert größer als diejenige des hochviskosen Fluids 38, so daß das niederviskose Fluid 36 in den Drosseldurchgängen 42 sowie dem unteren Scherspalt 46 vorhanden ist, während das hochvis­ kose Fluid 38 lediglich im oberen Scherspalt 44 vorhanden ist, wenn der Buchsen-Bausatz 10 am Fahrzeug, wie in Fig. 1 gezeigt ist, angebaut ist.

Das niederviskose Fluid 36 und das hochviskose Fluid 38 kön­ nen in die ringförmige Fluidkammer 34 gemäß den Verfahren, die in der JP-OS Nr. 63-1 30 944 und der JP-OS Nr. 63-1 30 945 (der Anmelderin) offenbart sind, injiziert wer­ den. Insbesondere können die Fluide 36 und 38 in die Fluid­ kammer 34 durch eine in der Außenhülse 14 ausgebildete In­ jektionsöffnung oder durch einen zwischen der Zwischenhülse 22 sowie der Außenhülse 14 vorgesehenen Einlaß eingespritzt werden.

Wie bereits erwähnt wurde, wird der Buchsen-Bausatz 10 am Fahrzeug so angebaut, daß Vibrationen in der Diametralrich­ tung, die der vertikalen Richtung bei Betrachtung von Fig. 1 entspricht, aufgenommen werden. Bei Einwirken einer Schwin­ gungsbelastung auf den Bausatz 10 werden die Innen- und Außen­ hülse 12, 14 relativ zueinander in der Lastaufnahme- oder der vertikalen Richtung von Fig. 1 verlagert. Als Ergebnis dessen wird die Gestalt der ringförmigen Fluidkammer 34 auf Grund der elastischen Verformung des elastischen Körpers 16 verändert, und die nieder- sowie hochviskosen Fluidmassen 36, 38 werden zwangsweise zu einem Fließen innerhalb der Fluidkammer 34 gebracht. Das bedeutet, daß dann, wenn der Bausatz 10 Vibrationen in der o. a. Lastaufnahmerichtung emp­ fängt, zwischen dem oberen und unteren Scherspalt 44, 46 der Fluidkammer 34 Volumenänderungen auftreten, wodurch das ge­ samte Volumen der Fluide 36 und 38 wiederholt zu einem Flie­ ßen in Umfangsrichtungen zwischen dem oberen und unteren Scherspalt 44 sowie 46 gezwungen wird.

Demzufolge wird das hochviskose Fluid 38 zwangsweise inner­ halb des oberen Scherspalts 44 zu einem Fließen in entgegen­ gesetzten Umfangsrichtungen in Übereinstimmung mit einer Änderung im Abstand zwischen den einander zugewandten Flä­ chen des radialen Vorsprungs 32 und der Außenhülse 14 (ge­ nauer der Abdicht-Gummilage 40) gebracht. Als Ergebnis des­ sen wird die Masse des hochviskosen Fluids 38 Scherspannungen unterworfen, die im wesentlichen der Durchsatzmenge des Fluids 38 proportional sind, und auf der Grundlage der auf das Fluid 38 einwirkenden oder aufgebrachten Scherspannungen kann eine ausreichend hohe Schwingungsdämpfungswirkung er­ zeugt werden.

Die bei einem Fließen des hochviskosen Fluids 38 auftreten­ den Scherspannungen sind der Querschnittsfläche des oberen Scherspalts 44 proportional und umgekehrt proportional zur Dicke oder Weite dieses Spalts 44, d. h. der radialen Abmes­ sung eines freien Raumes zwischen dem radialen Vorsprung 32 und der Außenhülse 14. Im Hinblick auf diese Tatsache werden die Abmessungen des oberen Scherspalts 44 in geeigneter Weise bestimmt, um die geforderte Schwingungsdämpfungsleistung oder -fähigkeit des Buchsen-Bausatzes 10 zu gewährleisten. Wird dieser Bausatz 10 beispielsweise als eine Aufhängebuchse für ein Kraftfahrzeug verwendet, dann wird die Weite des oberen Scherspalts 44 in einem Bereich von etwa 1-4 mm gehalten, so daß die Buchse eine verbesserte Dämpfungscharakteristik für niederfrequente Schwingungen, wie ein Rütteln, zeigt. Den Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß der elastische Körper 16, die Außenhülse 14 und der radiale Vorsprung 32 mit der Gummischicht 30 spaltbildende Einrichtungen darstellen, um den oberen Scherspalt 44, in welchem das hochviskose Fluid 38 vorhanden ist, abzugrenzen oder zu bestimmen.

Bei Aufbringen einer Schwingungsbelastung auf den Buchsen- Bausatz 10 wird das niederviskose Fluid 36 zu einem Fließen in entgegengesetzten Umfangsrichtungen innerhalb der Drossel­ durchgänge 42 und des unteren Scherspalts 46 gebracht, so daß der Bausatz 10 eine verminderte dynamische Federkonstan­ te mit Bezug auf Schwingungen in einem hohen Frequenzbereich auf der Grundlage einer Resonanz der Masse des niederviskosen Fluids 36, das innerhalb der Drosseldurchgänge 42 fließt, zeigt. Der Frequenzbereich der Schwingungen, für welchen die dynamische Federkonstante der Buchse wirksam herabgesetzt wird, kann nach Wunsch bestimmt werden, indem das Verhältnis der Querschnittsfläche zur Länge der Drosseldurchgänge 42 justiert wird, wie in der einschlägigen Technik bekannt ist. Wird der Buchsen-Bausatz 10 beispielsweise als eine Aufhän­ gungsbuchse für ein Kraftfahrzeug verwendet, so werden die Abmessungen der Drosseldurchgänge 42 derart bestimmt, daß der Bausatz 10 eine wirksam verminderte dynamische Federkon­ stante mit Bezug auf Vibrationen bietet, deren Frequenzen im Bereich von 100-500 Hz liegen, wie Brummgeräusche oder auf die Straßenoberfläche zurückzuführende Geräusche. Den Fig. 1 und 2 ist zu entnehmen, daß der elastische Körper 16 und der radiale Vorsprung 32 verengende Einrichtungen bil­ den, die die Drosseldurchgänge 42, in welchen das niedervisko­ se Fluid 38 vorhanden ist, begrenzen oder bestimmen.

Der Buchsen-Bausatz 10 mit dem oben beschriebenen Aufbau ist folglich imstande, wirksam niederfrequente Schwingungen, wie ein Rütteln, auf Grund des hohen Dämpfungseffekts, der auf die auf das hochviskose Fluid 38 einwirkenden Scherspan­ nungen zurückgeht, zu dämpfen. Ferner zeigt der Bausatz 10 eine ausgezeichnete Fähigkeit zur Schwingungsisolierung mit Bezug auf hochfrequente Schwingungen, wie Brummgeräusche, was auf die auf der Resonanz des niederviskosen Fluids 36 beruhende verminderte dynamische Federkonstante zurückzufüh­ ren ist. Somit bringt der erfindungsgemäße Buchsen-Bausatz 10 eine bemerkenswert verbesserte oder gesteigerte Schwin­ gungsdämpfungs- und -isolierfähigkeit oder -leistung mit Bezug auf die eingetragenen Vibrationen in einem weiten Fre­ quenzbereich hervor.

Der erfindungsgemäße Buchsen-Bausatz 10 hat eine erheblich vereinfachte Konstruktion, wonach das nieder- und hochvis­ kose Fluid 36 sowie 38 lediglich in jeweils vorgegebenen Men­ gen in die einzige Fluidkammer 34, die zwischen der Innen­ sowie Außenhülse 12, 14 gebildet ist, injiziert werden. Das bedeutet, daß für den Bausatz 10 ein Trennelement od. dgl., um das nieder- und hochviskose Fluid 36 sowie 38 von­ einander zu trennen, nicht erforderlich ist, weil diese Fluide in jeweils vorbestimmten Teilen der Fluidkammer 34 auf Grund eines Unterschiedes in der relativen Dichte der Fluide 36 und 38 vorhanden sind. Folglich kann dieser Buch­ sen-Bausatz, der eine ausgezeichnete Vibrationsdämpfungs­ und -isolierleistung besitzt, mit hoher Leistungsfähigkeit bei verminderten Kosten produziert werden, was ein industriell hervorzuhebender Gesichtspunkt für die Erfindung ist.

Der gemäß der gezeigten Ausführungsform konstruierte Buchsen- Bausatz wurde hinsichtlich seiner Vibrationsdämpfungs- und -isolierkennwerte mit Bezug auf die Frequenzen von auf den Bausatz aufgebrachten Schwingungen geprüft. Es wurden zwei Vergleichsbeispiele hergestellt und in gleicher Weise geprüft, von denen das eine (Beispiel 1) lediglich ein in der Fluid­ kammer enthaltenes niederviskoses Fluid und das andere (Bei­ spiel 2) lediglich ein in der Fluidkammer enthaltenes hochvis­ koses Fluid verwendet. Die Resultate der Untersuchungen sind in den Diagrammen der Fig. 5, 6 und 7 aufgetragen. Bei die­ sen Untersuchungen wurde die Schwingungsdämpfungsleistung für die niederfrequenten Vibrationen durch Messen von Ände­ rungen im Dämpfungskoeffizient und der dynamischen Federkon­ stanten des Buchsen-Bausatzes beobachtet, wenn Vibrationen mit einer Amplitude von ± 0,5 mm zwischen der Innen- und Außenhülse 12, 14 aufgebracht wurden. Die Resultate dieser Messungen sind in den Diagrammen der Fig. 5 und 6 gezeigt. Andererseits wurde die Schwingungsisolierleistung für die hochfrequenten Vibrationen durch Messen einer Änderung in der dynamischen Federkonstanten des Bausatzes beobachtet, wenn Vibrationen mit einer Amplitude von ± 0,05 mm zwischen der Innen- und Außenhülse 12, 14 zum Einwirken gebracht wur­ den. Das Ergebnis dieser Messungen ist im Diagramm der Fig. 7 angegeben.

Aus den Ergebnissen dieser Untersuchungen ergibt sich klar, daß der Buchsen-Bausatz gemäß der Erfindung eine hohe Dämp­ fungscharakteristik für die niederfrequenten Vibrationen und eine verminderte dynamische Federkonstante für die hochfre­ ten Vibrationen besitzt. Somit bietet der erfindungsgemäße Buchsen-Bausatz ausgezeichnete Schwingungsämpfungs- und -isoliereffekte über einen weiten Frequenzbereich von ein­ getragenen Vibrationen.

Die Erfindung wurde im einzelnen anhand ihrer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform lediglich zu Erläuterungszwecken beschrieben, und es ist klar, daß sie nicht auf die exakten Einzelheiten der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform begrenzt ist, sondern in anderer Weise verwirklicht werden kann.

Beispielsweise ist es nicht notwendig, die Fluidkammer in einer Ringform auszugestalten, so daß sie sich kontinuier­ lich über den gesamten Umfang der Buchse erstreckt, viel­ mehr kann die Fluidkammer aus zwei oder mehr getrennten Tei­ len oder Sektionen, die voneinander beabstandet sind, unter der Voraussetzung bestehen, daß sie einen Drosselkanal oder Drosseldurchgänge, worin das niederviskose Fluid vorhanden ist, und einen Scherspalt oder Scherspalte, in welchen das hochviskose Fluid vorhanden ist, umfaßt.

Das nieder- und hochviskose Fluid, die die Fluidkammer fül­ len, sind nicht auf die speziell angegebenen Fluide begrenzt, sondern können aus verschiedenen Arten von Fluiden in Abhän­ gigkeit von den geforderten Vibrationsdämpfungs- und -isolier­ kennwerten der Buchse so gewählt werden, daß die ausgewähl­ ten nieder- und hochviskosen Fluide unterschiedliche kinema­ tische Viskositätswerte und relative Dichtewerte haben sowie miteinander unvermischbar sind. Beispielsweise kann bei der erfindungsgemäßen Buchse ein hochviskoses Fluid verwendet werden, dessen relative Dichte im Gegensatz zur erläuterten Ausführungsform größer ist als diejenige des niederviskosen Fluids.

Ferner sind die Orte und speziellen Ausgestaltungen der Dros­ seldurchgänge und der Scherspalte nicht auf die gezeigte Aus­ führungsform beschränkt, sondern können in geeigneter Weise in Abhängigkeit von der Art oder den Mengen der in der Buchse enthaltenen Fluide, vom Ein- oder Anbauzustand der Buchse und von den geforderten Vibrationsdämpfungs- sowie -isolier­ kennwerten abgeändert werden.

Die Gestalt der Fluidkammer und die Orte der Drosselkanäle sowie Scherspalte in der Buchse können so verändert werden, daß diese eine Vibrationsdämpfungs- oder -isolierwirkung mit Bezug auf eine Schwingungsbelastung erzeugen kann, welche in einer diametralen Richtung aufgebracht wird, die anders als die vertikale Richtung der an ihrem Platz eingebauten Buchse verläuft.

Wenngleich die gezeigte Ausführungsform des Erfindungsgegen­ standes dazu geeignet ist, als eine Aufhängungsbuchse für ein Kraftfahrzeug verwendet zu werden, so kann der Erfin­ dungsgedanke als Motoraufhängungen, Befestigungen für Diffe­ rentialgetriebe und Lagerungen für die Karosserie von Kraft­ fahrzeugen wie auch als andere zylindrische elastische Auf­ hängungen oder Befestigungsvorrichtungen, deren Anwendung nicht auf ein Kraftfahrzeug begrenzt ist, verwirklicht werden.

Es ist klar, daß dem Fachmann bei Kenntnis der vermittelten Lehre Abwandlungen, Abänderungen und Verbesserungen nahege­ legt sind, die jedoch in den Rahmen der Erfindung fallen.

Claims (13)

1. Elastische Aufhängung mit einer Fluidfüllung, die umfaßt:

• a) eine Innenhülse (12),
• b) eine radial auswärts der Innenhülse und mit Abstand von dieser angeordnete Außenhülse (14),
• c) einen allgemein ringförmigen, elastischen Körper (16), der zwischen die Innen- sowie Außenhülse eingefügt ist und zwischen den Hülsen eine elastische Verbindung her­ stellt, wobei der elastische Körper (16) wenigstens teilweise eine in der Umfangsrichtung der elastischen Aufhängung (10) sich erstreckende Fluidkammer (34) der­ art begrenzt, daß deren Gestalt sich bei Aufbringen einer Schwingungsbelastung zwischen der Innen- und Außenhülse (12, 14) ändert, und die Fluidkammer (34) mit einem ersten sowie zweiten Fluid (36, 38), die miteinander unvermischbar sind, gefüllt ist, von de­ nen das erste Fluid (36) eine gegenüber der kinemati­ schen Viskosität des zweiten Fluids (38) niedrigere kinematische Viskosität und eine relative Dichte, die zu derjenigen des zweiten Fluids unterschiedlich ist, hat,
• d) verengende Einrichtungen (16, 32), die wenigstens einen Drosselkanal (42) als wenigstens einen Teil der Fluidkammer, in dem das erste Fluid (36) vorhanden ist, bestimmen, wobei das erste Fluid bei Aufbringen der erwähnten Schwingungsbelastung zwangsweise zum Fließen durch den wenigstens einen Drosselkanal gebracht wird, und
• e) spaltbildende Einrichtungen (14, 16, 32), die einen Scherspalt (44) als einen anderen Teil der Fluidkammer, in dem das zweite Fluid (38) vorhanden ist, bestimmen, wobei das zweite Fluid bei Aufbringen der erwähnten Schwingungsbelastung zwangsweise zum Fließen durch den Scherspalt (44) gebracht wird, so daß auf das zweite Fluid aufgebrachte Scherspannungen erzeugt werden.

2. Aufhängung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der allgemein ringförmige, elastische Körper (16) ein axial zwischenliegendes Teil besitzt, das mit einem all­ gemein ringförmigen Freiraum (26) versehen ist, welcher eine allgemein ringförmige Fluidkammer als die erwähnte Fluidkammer (34) bildet.

3. Aufhängung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine Drosselkanal (42) zwei Drossel­ durchgänge als zwei einander in einer diametralen Rich­ tung, die zu einer vertikalen Richtung, in der die Auf­ hängung (10) die Schwingungsbelastung aufnimmt, rechtwink­ lig ist, gegenüberliegende Teile der Fluidkammer (34) umfaßt und der Scherspalt (44) eines von zwei entgegen­ gesetzten Teilen der Fluidkammer, die einander in der vertikalen Richtung der Aufhängung (10) gegenüberliegen, ist.

4. Aufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fluid (38) eine relative Dichte hat, die klei­ ner als diejenige des ersten Fluids (36) ist, und in dem Scherspalt (44), der das obere der beiden einander gegen­ überliegendenTeile der Fluidkammer (34) bildet, vorhanden ist.

5. Aufhängung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verengenden Einrichtungen den elastischen Körper (16) und einen nach außen von der Innenhülse (12) radial vor­ ragenden Vorsprung (32) umfassen, wobei der Vorsprung zu­ sammen mit dem elastischen Körper das Paar von Drossel­ durchgängen (42) derart begrenzt, daß diese durch ein obe­ res Teil der zwei entgegengesetzten Teile der Fluidkammer (34), das als der Scherspalt (44) dient, verbunden sind.

6. Aufhängung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die spaltbildenden Einrichtungen den elastischen Körper (16), die Außenhülse (14) sowie den radialen Vorsprung (32) umfassen, der Scherspalt (44) im Querschnitt der Aufhängung (10) eine bogenförmige Gestalt hat und diese Gestalt von einer Innenumfangsfläche der Außenhülse (14) sowie einer radialen Stirnfläche des radialen Vor­ sprungs (32) bestimmt ist.

7. Aufhängung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der radiale Vorsprung (32) aus einem an der Innenhülse (12) angebrachten Metallring (20) sowie einer diesen Me­ tallring abdeckenden und die radiale Stirnfläche bil­ denden Gummischicht (30) besteht.

8. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid (36) eine kinematische Viskosität hat, die nicht höher als 50 mm²/s ist.

9. Aufhängung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid eine kinematische Viskosität hat, die nicht höher als 30 mm²/s ist.

10. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Fluid aus der Wasser, Alky­ lenglykol, Polyalkylenglykol und eine Mischung von die­ sen umfassenden Gruppe ausgewählt ist.

11. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fluid (38) eine kinemati­ sche Viskosität hat, die nicht niedriger als 10 000 mm²/s ist.

12. Aufhängung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fluid eine kinematische Viskosität hat, die im Bereich zwischen 50 000 und 500 000 mm²/s liegt.

13. Aufhängung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Fluid (38) Silikonöl ist.