DE4344437C1 - Elastisches Lager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elastisches Lager, umfassend ein Auflager und ein Traglager, die zumindest ein erstes und ein zweites Befestigungselement auf­ weisen und durch zumindest zwei Federelemente aufeinander abgestützt sind, wobei ein erstes Federelement aus elastomerem Werkstoff besteht und mit dem Auflager verbunden ist und wobei ein zweites Federelement durch eine Tellerfe­ derpaket mit zumindest zwei Tellerfedern gebildet ist.

Ein solches Lager ist aus der DE 38 40 156 A1 bekannt. Das Lager ist als Mo­ torlager zur Abstützung von Verbrennungskraftmaschinen ausgebildet wobei das Auflager und das Traglager durch eine Gummifeder und ein Tellerfederpaket aufeinander abgestützt sind. Die Gummifeder und das Tellerfederpaket sind in einer funktionstechnischen Parallelschaltung zueinander angeordnet, wobei das Tellerfederpaket eine S-förmig verlaufende Federkennlinie aufweist. Unter stati­ scher Vorlast des abzustützenden Motors sind die beiden Federelemente derart aufeinander abgestimmt, daß die Federrate in einem bestimmten Bereich sehr klein ist und die Gummifeder frei von elastischen Spannungen ist. Das vorbekannte Lager weist gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer auf und kann bei Umgebungstemperaturen von bis zu 160°C zur Anwendung gelangen. Zur Unterdrückung von tieffrequenten Schwingungen mit einer störend großen Amplitude weist das vorbekannte Lager eine hydraulische Dämpfungseinrichtung auf, die zwei nach außen abgeschlossene Räume umfaßt, die flüssigkeitsleitend miteinander verbunden und mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, daß es, bezüglich der Isolierung höher frequenter Schwingungen und der Dämpfung tieffrequenter Schwingungen unverändert guten Gebrauchseigenschaften aufweist und einen wesentlich vereinfachten Aufbau und aufweist und dadurch in wirtschaftlicher Hinsicht kostengünstiger herstellbar ist. Außerdem soll das Lager kompakte Abmessungen haben. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 ge­ löst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß das Tellerfederpaket mit einer parallel geschalteten ersten Dämpfungsvorrichtung eine erste Feder-Dämpfer- Einheit bildet, daß die erste Feder-Dämpfer-Einheit und das erste Federelement in einer funktionstechnischen Reihenschaltung angeordnet sind und gemeinsam in Reihe auf einem dritten Federelement abgestützt sind, das mit dem Traglager verbunden ist und daß dem dritten Federelement zur Bildung einer zweiten Feder-Dämpfer-Einheit eine parallel geschaltete zweite Dämpfungsvorrichtung aus elastomerem Werkstoff zugeordnet ist. Hierbei ist von Vorteil, daß das La­ ger einen einfachen, aus wenigen Einzelteilen bestehenden Aufbau aufweist und daher in fertigungstechnischer Hinsicht einfach und kostengünstig herstellbar ist. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lagers bedarf es zur Dämpfung tieffrequenter Schwingungen im Bereich von 5 bis 30 Hz nicht der Verwendung einer hydraulischen Dämpfungseinrichtung.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die erste Dämpfungsvorrichtung als pneumatische Endlagendämpfung ausgebildet sein. Die selbsttätige Endla­ gendämpfung kann derart vorgenommen werden, daß beispielsweise ein zylin­ derförmiges Bauteil in Form eines Kolbens in eine topfförmige Buchse eintaucht, wobei sich durch das verdrängte Luftvolumen eine Dämpfung einstellt.

Das Auflager kann durch das erste Federelement mit einem topfförmigen An­ schlag verbunden sein, wobei der Anschlag einen in Richtung des Traglagers vorstehenden Vorsprung aufweist, wobei das Tellerfederpaket auf der dem Auflager abgewandten Seite auf einem Stütztopf abgestützt ist, der eine dem Anschlag im wesentlichen entsprechende Gestalt aufweist und diesem konzen­ trisch zugeordnet ist und wobei der Vorsprung axial in den Stütztopf einfederbar ist und mit diesem die pneumatische Endlagendämpfung bildet.

Das Auflager, der Anschlag und das erste Federelement können einstückig in­ einander übergehend miteinander verbunden sein und dadurch eine vormontier­ bare Einheit bilden. Die außerordentlich zweckmäßige Anordnung des Tellerfe­ derpakets außenumfangsseitig um den Vorsprung des Anschlags bedingt ei­ nerseits kompakte Abmessungen des Lagers in axialer Richtung und andererseits eine innenseitige Führung des Tellerfederpakets. Innerhalb des Traglagers ist ein ringförmig ausgebildetes drittes Federelement aus elastomerem Werkstoff angeordnet, wobei zur Isolierung höher frequenter Schwingungen das Tel­ lerfederpaket unter statischer Vorlast derart vorgespannt ist, daß sich ein Ar­ beitspunkt ergibt, der im waagerechten Bereich der Federkennlinie "Federkraft über Federweg" liegt.

Der Vorsprung kann außenumfangsseitig von dem Tellerfederpaket umschlossen sein, das auf einem außenumfangsseitigen Rand des Stütztopfs abgestützt ist, wobei der Stütztopf mit seinem Rand auf der dem Auflager abgewandten Seite auf dem ringförmig ausgebildeten dritten Federelement abgestützt ist, wobei innerhalb einer zylinderförmigen Ausnehmung des dritten Federelements lose und im wesentlichen ohne Vorspannung ein als zweite Dämpfungsvorrichtung ausgebildeter zylinderförmiger Dämpfungspuffer aus elastomerem Werkstoff parallel angeordnet sein kann, der in axialer Richtung einerseits am Stütztopf und andererseits am Traglager abgestützt ist. Hierbei ist von Vorteil, daß höher frequente Schwingungen mit kleinen Amplituden durch die überkritische Auslegung des Tellerfederpakets und seine geringe Dämpfung hervorragend isoliert werden können. Die ringförmige Ausnehmung innerhalb des dritten Federelements ist von einem zylinderförmigen Dämpfungspuffer aus einem ela­ stomeren Werkstoff weitgehend ausgefüllt. Der elastomere Werkstoff ist hochdämpfend.

Durch die lose und nicht-vorgespannte Anordnung des Dämpfungspuffers bei statischer Vorlast des Lagers durch das zu lagernde Bauteil und bei Einleitung hochfrequenter Schwingungen werden Relaxationserscheinungen zuverlässig vermieden. Bei Einleitung großamplitudiger Schwingungen werden das Auflager und das Traglager in Richtung der eingeleiteten Schwingungen aufeinander zu bewegt, wobei zunächst durch den vergleichsweise großen Federweg des Tel­ lerfederpakets die Federkraft progressiv zunimmt, bis der Anschlagpuffer mit dem angrenzenden Teil in Berührung kommt. In diesem Betriebszustand setzt sich die gesamt Federcharakteristik aus den Federeigenschaften der drei Feder­ elemente zusammen. Folgt eine weitere Relativbewegung von Traglager und Auflager aufeinander zu, wird das dritte Federelement in axialer Richtung ela­ stisch verformt, wobei der Dämpfungspuffer durch den Stütztopf mit zuneh­ mender Größe der Schwingungsamplitude zunehmend belastet wird. Der An­ schlag und der Stütztopf bestehen bevorzugt aus einem tiefziehbaren, rotati­ onssymmetrischen Blechteil, wobei der Stütztopf hinsichtlich einer einfachen Montage des Lagers lose mit dem dritten Federelement verbunden ist. Eine räumliche Zuordnung des Stütztopfs zu dem dritten Federelement ergibt sich durch die muldenförmige Vertiefung, die außenseitig von der zylinderförmigen Ausnehmung des dritten Federelements umschlossen ist und der innenseitig der Vorsprung des Anschlags zugeordnet ist.

Das erste und/oder das dritte Federelement können zumindest einen einstückig angeformten Anschlagpuffer aufweisen, der mit dem Stütztopf und/oder dem Anschlag zur Begrenzung von Extremauslenkungen und zur Aktivierung des Dämpfungspuffers in Berührung bringbar ist, wobei der axiale Abstand zwischen dem Anschlagpuffer und der Anschlagfläche des angrenzenden Teiles jeweils kleiner ist, als der maximale Federweg des vorgespannten Tellerfederpakets und der axiale Abstand zwischen dem Vorsprung und der entsprechenden mulden­ förmigen Vertiefung des Stütztopfs.

Das Traglager kann durch ein zweites Befestigungselement und einen tiefziehba­ ren Lagertopf aus einem metallischen Werkstoff gebildet sein, wobei der Lager­ topf eine Ausdehnung in axialer Richtung aufweist, die im wesentlichen der Hö­ he des gesamten Motorlagers entspricht.

Das dritte Federelement ist bevorzugt ungebunden im Traglager angeordnet, wobei es sich bei nicht-rotationssymmetrischer Ausgestaltung des dritten Feder­ elements als vorteilhaft bewährt hat, wenn das Traglager und das dritte Feder­ element verdrehgesichert aneinander festgelegt sind.

Nach einer anderen Ausgestaltung kann das dritte Federelement zumindest teil­ weise gebunden im Traglager angeordnet sein. Eine derartige Ausgestaltung bietet sich insbesondere als Positionierungshilfe an, dadurch, daß das dritte Federelement nur im Bereich seiner dem Traglager zugewandten Stirnseite mit diesem gehaftet verbunden ist.

Der Anschlag kann auf der dem Auflager zugewandten Stirnseite mit einem zu­ mindest teilweise umfangsseitig umlaufenden, nach außen vorstehenden Radial­ vorsprung versehen sein, wobei der Radialvorsprung vom elastomeren Werkstoff des ersten Federelements umschlossen ist und unter statischer Vorlast des La­ gers mit allseitigem Abstand in einer durch Umformung radial nach innen geöff­ neten Nut der stirnseitigen Begrenzung des als Lagertopf ausgebildeten Tragla­ gers angeordnet ist. Das Lager wird dadurch herstellungsbedingt zusammenge­ halten. Außerdem werden Verunreinigungen innerhalb des Lagers durch diese Ausgestaltung vermieden, wodurch gleichbleibend gute Gebrauchseigenschaften auch dann während einer langen Gebrauchsdauer gewährleistet sind, wenn das Lager beispielsweise als Motorlager in Nutzfahrzeugen zur Anwendung gelangt. Die stirnseitige Begrenzung der Nut ist außerdem als Zug-Anschlag ausgebildet, um unzulässig große Verlagerungen von Traglager und Auflager voneinander weg zu vermeiden.

Um eine sichere Führung des Tellerfederpakets innerhalb des Lagers zu errei­ chen, kann es vorgesehen sein, daß das erste Federelement eine Außenzentrie­ rung und der Vorsprung eine Innenzentrierung des Tellerfederpakets bilden. Durch die exakte räumliche Zuordnung des Tellerfederpakets innerhalb des La­ gers können eine genau vorherbestimmte Federcharakteristik und daraus bedingt vorher bestimmbare Gebrauchseigenschaften des Lagers während des Betriebs eingehalten werden.

Der Anschlag, das erste Befestigungselement und das erste Federelement kön­ nen durch Vulkanisation miteinander verbunden werden. Die Montage des La­ gers gestaltet sich dadurch wesentlich vereinfacht und Montagefehler können minimiert werden.

In Abhängigkeit von den geometrischen Abmessungen des Vorsprungs und der muldenförmigen Vertiefung des Stütztopfs kann sich bei Einfederung des Vor­ sprungs in die Vertiefung ein komprimierbares Luftpolster bilden, das zusätzlich zur Dämpfung tieffrequenter, großamplitudiger Schwingungen genutzt wird.

Das Lager kann beispielsweise als Motorlager Verwendung finden.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lagers gezeigt.

In Fig. 2 sind die Einzelteile des Lagers im nicht montierten Zustand in einer Ex­ plosionszeichnung dargestellt.

In Fig. 3 ist zur Verdeutlichung der Funktion des Lagers ein Ersatzschaubild ge­ zeigt, das die Federelemente und die Dämpfungskörper schematisch zeigt.

In Fig. 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elastischen Lagers gezeigt, das zur Abstützung einer Verbrennungskraftmaschine vorgese­ hen ist.

Das Lager besteht im wesentlichen aus sechs Einzelteilen und umfaßt ein Aufla­ ger 1, das durch ein erstes Befestigungselement 3, ein erste Federelement 5 und einen topfförmig ausgebildeten Anschlag 7 gebildet ist. Das erste Befestigungs­ element 3 und der Anschlag 7 sind durch das erste Federelement 5 einstückig ineinander übergehend ausgebildet und bilden eine vormontierbare Einheit. Als Innenführung für das als zweites Federelement 6 ausgebildete Tellerfederpaket 9 ist der Anschlag 7 mit einem zentralen, sich in Richtung des Traglagers 2 er­ streckenden Vorsprung 8 versehen. Das erste Federelement 5 umschließt den Radialvorsprung 16 des Anschlags 7 und bildet einen einstückig angeformten, umlaufenden Anschlagpuffer 14, der den Vorsprung 8 mit radialem Abstand umschließt. Der radial Abstand ist derart bemessen, daß das Tellerfederpaket mit zumindest einer Tellerfeder in die kreisringförmige Vertiefung eingelegt wer­ den kann.

Das Tellerfederpaket 9 besteht in diesem Beispiel aus vier Tellerfedern, die zur Vergrößerung des Federwegs, in axialer Richtung betrachtet, balgförmig zu­ sammengefügt sind.

Der Stütztopf 10, dessen Gestalt im wesentlichen der Form des Anschlags 7 entspricht, ist mit einem Rand 11 versehen, auf dem sich das Tellerfederpaket 9 im montierten Zustand des Lagers abstützt. Auch der Stütztopf 10 ist zur Zentrierung des Tellerfederpakets 9 mit einer ringförmigen umlaufenden Sicke versehen, die zumindest eine Tellerfeder des Tellerfederpakets 9 außenum­ fangsseitig führt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die muldenförmige Vertie­ fung 15 des Stütztopfs 10 kreisförmig ausgebildet und umschließt den Vor­ sprung 8 des Anschlags 7 bei eingefedertem Lager mit einem geringen radialen Abstand. Die Oberfläche des Stütztopfs 10 auf der dem Auflager 1 zugewand­ ten Seite ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einer reibungsverringernden Oberflächenbeschichtung versehen, um bei eventuellen Anschlagberührungen des Vorsprungs 8 innerhalb der Vertiefung 15 eine Veränderung der Ge­ brauchseigenschaften des Lagers zuverlässig zu vermeiden. Der Dämpfungspuf­ fer 13 besteht aus einem hochdämpfenden Elastomer.

Das dritte Federelement 12 ist ringförmig ausgebildet und auf der dem Auflager 1 zugewandten Seite mit einem an die Form des Stütztopfs 10 angepaßten Oberflächenprofil versehen. Das als drittes Federelement 12 ausgebildete Vul­ kanisationsteil ist mit einem in Richtung des Traglagers 2 vorstehenden Positio­ nierungsnoppen 21 versehen, der in eine entsprechende Positionierungsvertie­ fung 22 des Traglagers eingreift. Das dritte Federelement 12 ist in dem hier ge­ zeigten Beispiel außerdem mit Ausnehmungen 23 versehen, um eine er­ wünschte, geringere Steifigkeit in Querrichtung des Lagers zu erhalten.

Das Traglager 2 ist durch einen Lagertopf gebildet, der aus einem tiefziehbaren metallischem Werkstoff besteht, wobei das zweite Befestigungselement 4 mit dem Traglager 2 verbunden ist.

Zur Funktion des Lagers wird folgendes ausgeführt:
Zur Isolierung höher frequenter Schwingungen, die beispielsweise durch das Ab­ rollen eines Autoreifens auf dem Fahrbahnbelag entstehen, ist das zweite Fed­ erelement 6 in Form eines Tellerfederpakets 9 wirksam, wobei das Tellerfederpa­ ket 9 unter statischer Vorlast, in diesem Ausführungsbeispiel der Motorlast, der­ art vorgespannt ist, daß sich ein Arbeitspunkt in dem im wesentlichen horizontal erstreckenden Bereich der S-förmigen Federkennlinie innerhalb eines Federkraft- Federwegdiagramms ergibt. Die kleinen Amplituden der hochfrequenten Schwingungen bewirken nur kleine Federwege und - wenn überhaupt - vernach­ lässigbar kleine Änderungen der Federkraft.

Werden demgegenüber tieffrequente Schwingungen großer Amplituden in das Lager eingeleitet, die sich beispielsweise beim Überfahren von Bordsteinkanten ergeben, wird das Auflager 1 in Richtung des Traglagers 2 bewegt, bis sich die Anschlagpuffer 14 auf dem umfangsseitigen Rand 11 des Stütztopfs 10 ab­ stützen. Beim Einfedern des Auflagers 1 wird der Vorsprung 8 des Anschlags 7 in die muldenförmige Vertiefung 15 des Stütztopfs 10 geführt, wobei der Ra­ dialspalt zwischen den beiden Teilen derart bemessen ist, daß das aus dem ge­ bildeten Hohlraum verdrängt Luft-Volumen eine Endlagendämpfung bewirkt. Der axiale Abstand zwischen dem Anschlagpuffer 14 und der Anschlagfläche des Randes 11 des Stütztopf 10 ist kleiner, als der maximale Federweg des vorge­ spannten Tellerfederpakets 9 und der axiale Abstand zwischen dem Vorsprung 8 und der entsprechenden muldenförmigen Vertiefung 15. Durch die belastungs­ bedingte Verschiebung des Stütztopfs 10 in Richtung des Traglagers 2 ergibt sich eine elastische Stauchung des dritten Federelements 12 und eine Verfor­ mung des Dämpfungspuffers 13, der ein Abklingen der tieffrequenten Schwingungen bewirkt.

In Fig. 3 ist ein schematisches Schaubild dargestellt, aus dem die Wirkungs­ weise und das Zusammenwirken von Federelementen und Dämpfungseinheiten hervorgehen. Der Dämpfungspuffer 13 und das dritte Federelement 12 sind ein­ ander funktionstechnisch parallel zugeordnet. Ebenso sind das Tellerfederpaket 9 und die Luftdämpfung 24 zwischen der Vertiefung 15 und dem Vorsprung 8 in eine funktionstechnischen Parallelschaltung zueinander angeordnet. Die parallel zueinander angeordneten Dämpfungsvorrichtungen und Federelemente sind miteinander in Reihe geschaltet und in Reihe zum ersten Federelement 5 ange­ ordnet.

Claims (11)

1. Elastisches Lager, umfassend ein Auflager und ein Traglager, die zumin­ dest ein erstes und ein zweites Befestigungselement aufweisen und durch zumindest zwei Federelemente aufeinander abgestützt sind, wobei ein erstes Federelement aus elastomerem Werkstoff besteht und mit dem Auflager verbunden ist und wobei ein zweites Federelement durch ein Tellerfederpaket mit zumindest zwei Tellerfedern gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Tellerfederpaket (9) mit einer parallel geschalte­ ten ersten Dämpfungsvorrichtung eine erste Feder-Dämpfer-Einheit bildet, daß die erste Feder-Dämpfer-Einheit und das erste Federelement (5) in ei­ ner funktionstechnischen Reihenschaltung angeordnet sind und gemein­ sam in Reihe auf einem dritten Federelement (12) abgestützt sind, das mit dem Traglager (2) verbunden ist, und daß dem dritten Federelement (12) zur Bildung einer zweiten Feder-Dämpfer-Einheit eine parallel geschaltete zweite Dämpfungsvorrichtung aus elastomerem Werkstoff zugeordnet ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Dämpfungsvorrichtung als pneumatische Endlagendämpfung ausgebildet ist.

3. Lager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auflager (1) durch das erste Federelement (5) mit einem topfförmigen Anschlag (7) verbunden ist, daß der Anschlag (7) einen in Richtung des Traglagers (2) vorstehenden Vorsprung (8) aufweist, daß das Tellerfederpaket (9) auf der dem Auflager (1) abgewandten Seite auf einem Stütztopf (10) abge­ stützt ist, der eine dem Anschlag (7) im wesentlichen entsprechende Ge­ stalt aufweist und diesem konzentrisch zugeordnet ist und daß der Vor­ sprung (8) axial in den Stütztopf (10) einfederbar ist und mit diesem die pneumatische Endlagendämpfung bildet.

4. Lager nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Vor­ sprung (8) außenumfangsseitig von dem Tellerfederpaket (9) umschlossen ist, das auf einem außenumfangsseitigen Rand (11) des Stütztopfs (10) abgestützt ist, daß der Stütztopf (10) mit seinem Rand (11) auf der dem Auflager (1) abgewandten Seite auf dem ringförmig ausgebildeten dritten Federelement (12) abgestützt ist und daß innerhalb einer zylinderförmigen Ausnehmung des dritten Federelements (12) lose und im wesentlichen ohne Vorspannung ein als zweite Dämpfungsvorrichtung ausgebildeter, zylinderförmiger Dämpfungspuffer (13) aus elastomerem Werkstoff paral­ lel angeordnet ist, der in axialer Richtung einerseits am Stütztopf (10) und andererseits am Traglager (2) abgestützt ist.

5. Lager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das erste (5) und/oder das dritte Federelement (12) zumindest einen einstückig an­ geformten Anschlagpuffer (14) aufweisen, der mit dem Stütztopf (10) und/oder dem Anschlag (7) zur Begrenzung von Extremauslenkungen und zur Aktivierung des Dämpfungspuffers (13) in Berührung bringbar ist und daß der axiale Abstand zwischen dem Anschlagpuffer (14) und der An­ schlagfläche des angrenzenden Teils (7, 10) jeweils kleiner ist, als der maximale Federweg des vorgespannten Tellerfederpakets (9) und der axiale Abstand zwischen dem Vorsprung (8) und der entsprechenden muldenförmigen Vertiefung (15) des Stütztopfs (10).

6. Lager nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Federelement (12) ungebunden im Traglager (2) angeordnet ist.

7. Lager nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Federelement (12) zumindest teilweise gebunden im Traglager (2) ange­ ordnet ist.

8. Lager nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (7) auf der dem Auflager (1) zugewandten Stirnseite mit einem zumindest teilweise umfangsseitig umlaufenden, nach außen vorstehenden Radial­ vorsprung (16) versehen ist, daß der Radialvorsprung (16) vom elastome­ ren Werkstoff des ersten Federelements (5) umschlossen ist und unter statischer Vorlast des Lagers mit allseitigem Abstand in einer durch Um­ formung radial nach innen geöffneten Nut (17) der stirnseitigen Begren­ zung des als Lagertopfs (18) ausgebildeten Traglagers (2) angeordnet ist

9. Lager nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Federelement (5) eine Außenzentrierung und der Vorsprung (7) eine In­ nenzentrierung für das Tellerfederpaket (9) bilden.

10. Lager nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (7), das erste Befestigungselement (3) und das erste Federelement (5) durch Vulkanisation miteinander verbunden sind.

11. Lager nach Anspruch 1 bis 10, gekennzeichnet durch die Verwendung als Motorlager.