-
Die
vorliegende Erfindung betrifft elastische Gelenke, die ein Fluid
enthalten und die im Allgemeinen als "hydroelastische Gelenke" bezeichnet werden,
und sie bezieht sich auch auf die Verfahren zur Herstellung dieser
Gelenke.
-
Diese
Gelenke, die auch als Buchsen, Hülsen
oder "Bushing" bezeichnet werden,
werden insbesondere auf dem Gebiet der Kraftfahrzeuge bei der Verbindung
mit dem Boden oder für
die Verbindung der Antriebsgruppe mit dem Fahrzeugaufbau verwendet,
wie in dem Dokument EP-A-0 528 253 beschrieben ist.
-
Hydroelastische
Gelenke, die im Allgemeinen aus einem inneren Mantel und einem äußeren Mantel
bestehen, die in etwa koaxial verlaufen und miteinander über mindestens
einen deformierbaren Körper
verbunden sind, haben im Allgemeinen eine doppelte Funktion. Einerseits
geben sie den starren Elementen, die sie verbinden, Freiheitsgrade
und andererseits filtern sie einen großen Teil der Vibrationen oder
Stöße, die
von der Fahrbahn oder dem Motor auf den Fahrzeugaufbau übertragen
werden. Um die Dämpfungswirkung
zu verbessern, zirkuliert in Abhängigkeit
von den Deformationen, denen das Gelenk ausgesetzt ist, zwischen
den Funktionskammern eine Flüssigkeit
durch Kanäle.
Die Trägheit
der Flüssigkeit
verursacht Reaktionskräfte,
deren Charakteristika in Abhängigkeit
von der Frequenz der Beanspruchungen variieren. Der Effekt dieser
Reaktionskräfte
wird im Allgemeinen durch den Winkel der Phasenverschiebung zwischen
den Beanspruchungen und der Resultierenden der Reaktionskräfte gemessen.
Ein weiterer charakteristischer Parameter ist die Frequenz, bei
der die dynamische Steifigkeit des Gelenks minimal ist. Indem die
Charakteristika der Funktionskammern, der Kanäle und der deformierbaren Körper geeignet
gewählt
werden, kann die Reaktion eines hydroelastischen Gelenks auf ein
vorgegebenes Beanspruchungsprofil (Frequenz, Amplitude, Richtung)
angepasst werden. Man erhält
im Vergleich mit einem herkömmlichen
Gelenk, das keine Flüssigkeit
enthält,
auf diese Weise eine deutliche Verbesserung der Dämpfung.
-
Ein
hydroelastisches Gelenk ist jedoch im Allgemeinen in mehreren Richtungen
unterschiedlichen Beanspruchungen ausgesetzt und es können unterschiedliche
Reaktionen gewünscht
sein (und somit in Abhängigkeit
von den Richtungen der Beanspruchungen unterschiedliche Charakteristika).
Eine Schwierigkeit bei der Konzeption von hydroelastischen Gelenken
besteht darin, dass spezielle Eigenschaften unabhängig voneinander
zugelassen werden sollen. Nicht selten gehen die Vorteile einer
vorgegebenen Konzeption in einer Richtung verloren, wenn Parameter
verändert
werden, die a priori mit den Eigenschaften in einer anderen Richtung
zusammenhängen.
In Abhängigkeit
von den Richtungen sehr unterschiedliche Verhaltensweisen sind nicht notwendigerweise
unabhängig,
sondern im Gegenteil weit davon entfernt.
-
Außerdem ist
ein hydroelastisches Gelenk in jeder Richtung häufig Beanspruchungen mit zeitlich variablen
Frequenzen und Amplituden ausgesetzt und es werden Reaktionen gewünscht, die
an den größtmöglichen
Beanspruchungsbereich angepasst sind. Das bedeutet, dass man mehrere
Arbeitspunkte in diesem Bereich einstellen will, ohne dass eine Funktionsweise
für die
Verbesserung einer anderen verschlechtert wird.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher in einem hydroelastischen Gelenk,
das in Abhängigkeit von
den Richtungen und Beanspruchungstypen unterschiedliche Verhaltensweisen
und gleichzeitig eine begrenzte Wechselbeziehung dieses verschiedenen
Verhaltens ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird durch ein hydroelastisches Gelenk gemäß Anspruch
1 gelöst.
-
Die
verschiedenen Prinzipien der Erfindung sowie bevorzugte Ausführungsformen
gehen noch besser aus der Beschreibung der folgenden Figuren hervor:
-
1 ist
ein Radialschnitt eines erfindungsgemäßen hydroelastischen Gelenks,
-
2 ist
ein Schnitt entlang der Achse eines erfindungsgemäßen hydroelastischen
Gelenks,
-
3 ist
ein Radialschnitt eines erfindungsgemäßen hydroelastischen Gelenks,
-
4 ist
ein Schnitt entlang der Achse eines erfindungsgemäßen hydroelastischen
Gelenks,
-
5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Grundelements, das ein erfindungsgemäßes hydroelastisches
Gelenk aufbaut,
-
6 ist
ein Schnitt entlang der Achse eines hydroelastischen Gelenks.
-
1 zeigt
einen Radialschnitt eines erfindungsgemäßen hydroelastischen Gelenks 1.
Ein innerer Mantel 3 und ein äußerer Mantel 2 werden über eine
Elastomerhülse 4 verbunden.
Rotationen und radiale und axiale Bewegungen eines Mantels in Bezug
auf den anderen sind daher möglich.
-
2 zeigt
einen Schnitt entlang der gestrichelten Linie ZOX des hydroelastischen
Gelenks 1 von 1 gemäß AA. Das hydroelastische Gelenk weist
in diesem Beispiel 4 Haupthydraulikkreise 5, 5', 6, 6' auf, die unabhängig voneinander
und in etwa parallel, d. h. ent lang der Achse OY nebeneinander angeordnet
sind. Unter einem "Hydraulikkreis" wird hier eine Einheit
verstanden, die mindestens zwei Kammern und mindestens eine die
Kammern verbindende Leitung umfasst. Durch diese schematische Darstellung
kann die Querschnittsänderung
der verschiedenen Kreise gezeigt werden. Aus dieser Figur ist ersichtlich,
dass die Kreise 5, 5', die an den Enden des Gelenks
gelegen sind, auf der Höhe
der Ebene OXY (horizontale Ebene der 1) einen
verminderten Querschnitt aufweisen. Diese Verminderung des Querschnitts
beeinflusst direkt das Schwingungsverhalten des Gelenks entlang
der Achse OZ (in der 1 radiale senkrechte Achse).
Die Kreisläufe 6, 6', die sich hier
im Zentrum des Gelenks befinden, weisen auf der Höhe der Ebene
OYZ (axiale vertikale Ebene in 1) einen
verminderten Querschnitt auf. Diese Verminderung des Querschnitts
beeinflusst direkt das Schwingungsverhalten des Gelenks gemäß der Achse
OX (radiale horizontale Achse in 1). Auf
diese Weise vereint das erfindungsgemäße hydroelastische Gelenk unterschiedliche
Verhaltensweisen entlang der verschiedenen Beanspruchungsachsen
und diese Verhaltensweisen sind relativ unabhängig.
-
Die
Formen der Hydraulikkreise sind hier vollkommen schematisch beschrieben,
in gleicher Weise sind die Achsen zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung
zufällig
gewählt.
Insbesondere können die
ringförmigen
Projektionen der elastomeren Hülse 4 alle
beliebigen Formen annehmen, die für die Hydraulikfunktion und
die Übertragung
von mechanischen Kräften
(radiale Kompression, axiale Torsion, konische Torsion etc.) zweckmäßig sind.
Der Fachmann kann die verschiedenen Kammern und Leitungen, die die
Kammern verbinden, in Abhängigkeit
von der gewünschten
Reaktion in einer gegebenen Richtung und einem gegebenen Beanspruchungsprofil konfigurieren.
Auch die Anzahl der erforderlichen Kreise ist variabel, und es ist
klar, dass sie insbesondere von der Komplexität des in Erwägung gezogenen
Beanspruchungsprofil abhängt.
-
Das
erfindungsgemäße Gelenk,
wie es in 2 beschrieben ist, kann beispielsweise
in Richtung OX eine dynamische Steifigkeit aufweisen, die bei etwa
250 Hz minimal ist (um beispielsweise die Übertragung einer von dem Luftreifen
verursachten Vibration auf den Fahrzeugaufbau zu beschränken) und
ferner in Richtung OZ eine dynamische Steifigkeit besitzen, die
bei etwa 100 Hz minimal ist (um beispielsweise die Übertragung
einer von einem Element für
die Verbindung mit dem Boden erzeugten Vibration auf den Fahrzeugaufbau
zu beschränken).
-
Ein
weiteres interessantes Beispiel zur Adaption des erfindungsgemäßen hydroelastischen
Gelenks besteht darin, die Kreise so zu konfigurieren, dass sie
in in etwa identischen Richtungen für unterschiedliche Minima der
dynamischen Steifigkeit sorgen, um durch Überlagerung der verschiedenen
Antworten jedes Kreises ein Ansprechverhalten des Gelenks insgesamt
zu erhalten, das einen großen
Frequenzbereich aufweist, in dem die Steifigkeit etwa minimal ist.
Ein solches Ergebnis ist mit Gelenken des Standes der Technik nicht
realisierbar.
-
Ein
erfindungsgemäßes Gelenk
kann natürlich
eine große
Zahl von Kreisen und die beiden beschriebenen Adaptationsarten vereinen.
Jede Richtung, die einer bestimmten Beanspruchungsart entspricht,
kann daher in Abhängigkeit
von dem gewünschten
Verhalten einen, zwei oder mehrere ähnliche oder voneinander verschiedene
Hydraulikkreise erhalten.
-
Um
die Hydraulikfunktion bei konischen Deformationen (beispielsweise
relative Rotation der Mäntel
um die Achse OX) zu beeinflussen, können Kanäle angrenzende Kreise verbinden,
beispielsweise entlang des äußeren Mantels 2,
oder durch Leitungen, die durch die ringförmigen Projektionen der elastomeren
Hülse 4 hindurchgehen.
Die Gegenwart einer solchen Verbindung kann das Füllen des
Gelenks mit Flüssigkeit
erleichtern.
-
Die
Kreise sind hier als Schleifen dargestellt, d. h., sie bilden einen
Ring um die Achse des Gelenks, diese Konfiguration ist jedoch nicht
einschränkend
zu verstehen. Das an sich bekannte Prinzip der Hydraulikfunktion
trifft in ähnlicher
Art und Weise nämlich
auch zu, wenn der Ring unterbrochen ist. Jeder Kreis kann weniger
als eine Umdrehung oder dagegen mehr als eine Umdrehung um die Achse
des Gelenks aufweisen, damit die Leitung der Hydraulikflüssigkeit
die gewünschten
Dimensionen erhält.
Aus Gründen
des Platzbedarfs oder wegen der Herstellung können die Kreise in diesem Fall
beispielsweise in Bezug auf die Achse des Gelenks leicht schräg ausgerichtet
sein.
-
Die 3 bis 6 zeigen
bevorzugte Ausführungsformen
für die
Herstellung eines erfindungsgemäßen hydroelastischen
Gelenks 11, 12. Die Figuren zeigen (aus Gründen der Übersichtlichkeit)
keine Querschnittsänderung.
Eine solche Konfiguration kann bei bestimmten Anwendungen eine zufrieden stellende
Hydraulikfunktionsweise haben, es ist jedoch klar, dass auch die
weiter oben in Betracht gezogenen und beschriebenen Querschnittsänderungen
bei diesen bevorzugten Ausführungsformen
für die
Herstellung erhalten werden können.
-
Die 3 und 4 zeigen ähnliche
Ansichten wie die 1 und 2. Die elastomere
Hülse 14 kann
an der inneren Wand 13 in einem oder mehreren Arbeitsgängen aus
einem einzigen oder für jede
ringförmige
Projektion unterschiedlichen Material geformt oder extrudiert wer den.
Starre Ringe 19, 19' (im
Vergleich mit den 1 und 2 zusätzlich vorgesehen)
können
in bekannter Weise für
die ringförmigen
Projektionen kautschukfreundlich ausgerüstet werden. Diese starren
Ringe 19, 19' ermöglichen
ein Bördeln
(an sich bekannt) (des äußeren Mantels 12)
durch radiale plastische Kompression. Eine Dichtung 18 gewährleistet
vorzugsweise die Dichtigkeit der Hydraulikkreise. Die Dichtung kann beim
Formen der elastomren Hülse 14 gebildet
werden. Wie in den Figuren angedeutet ist, kann das Zusammenfügen der
elastomeren Hülse,
des inneren Mantels 13 und gegebenenfalls der starren Ringe 19, 19' über eine
große
Länge oder
kontinuierlich (unendliche Länge)
erfolgen, worauf dann für
ein gegebenes Gelenk die erforderliche Länge abgetrennt und anschließend der äußere Mantel 12 durch
Einziehen gebördelt
wird. Das Füllen
der Hydraulikkreise 15 kann beispielsweise durch Unterdruck
mit Hilfe von in einem der Mäntel
gebildeten Öffnungen
oder durch Eintauchen bei der Montage des äußeren Mantels erfolgen. Die
Dichtigkeit, die an den Enden des Gelenks unverzichtbar ist, kann
zwischen den Kreisläufen
entbehrlich sein. Daher können
die drei dargestellten zentralen starren Ringe 19' in einer alternativen
Ausführungsform
weggelassen werden.
-
Die 5 und 6 zeigen
eine alternative Ausführungsform. 5 ist
eine perspektivische Ansicht eines Grundelements 20. 6 zeigt
einen halben axialen Schnitt eines hydroelastischen Gelenks 21,
das aus in axialer Richtung nebeneinander angeordneten Basiselementen 20 besteht,
die miteinander unabhängige
Hydraulikkreise 25 bilden. Das Grundelement 20 umfasst
einen weiteren inneren Mantel 26 und einen weiteren äußeren Mantel 29,
die über
eine elastomere Hülse 24 verbunden
sind. Äußere 28 und
innere 27 Dichtungen sind mit den entsprechenden weiteren
Mänteln
fest verbunden. Die Grundelemente 20 werden mit Hilfe eines
inneren Mantels 23 und eines äußeren Mantels 22 montiert. Die
Verbindungen werden wie oben beschrieben durch Einfalzen, Einpressen,
Verkleben, Aufbereiten der Kontaktflächen mit Gummilösung oder
beliebigen bekannten Mitteln sichergestellt werden. Das Profil der
Hülsen 24 hält zwischen
zwei aneinander gesetzten oder entfernten Elementen 20 einen
Hydraulikkreis 25 offen. Es ist ersichtlich, dass diese
Ausführungsform
der Erfindung interessant ist, da sie die Montage einer variablen
Anzahl von Grundelementen ermöglicht,
die in Abhängigkeit
von den Orientierungen und Zwischenräumen unterschiedlich sind. Es
sind natürlich
vielfältige
Profile, Dicken, Arten, Steifigkeiten und Höhen der Hülsen 24 möglich. Sowohl
bei der Konzeption als auch bei der Herstellung in kleinen Serien
ermöglicht
diese Modularität
eine wesentliche Optimierung. Im Falle eines Gelenks, das auch die
Funktion einer Schraubenfeder hat (siehe weiter oben), kann diese
größere Freiheit
bei der Anpassung besonders zweckdienlich sein, um in der Abstimmungsphase
alle Schwingungsparameter eines Fahrzeugs parallel mit der Adaptation
die Verdrehsteifigkeit festzulegen.
-
Wie
weiter oben im Zusammenhang mit 1 beschrieben
wurde, kann alternativ jedes Grundelement 20 einen oder
mehrere Hydraulikkreise in dem Volumen seiner Hülse 24 aufweisen.
Das erfindungsgemäße Gelenk
besteht dann aus einer Vielzahl von Grundelementen, von denen jedes
eine eigene hydroelastische Funktionsweise hat, die dem Ganzen das
gewünschte
Verhalten geben kann. Diese Konfiguration kann natürlich mit
der im vorhergehenden Abschnitt beschriebenen Konfiguration mit oder
ohne hydraulischer Kommunikation zwischen den jeweiligen Kreisen
jedes Grundelements und den zwischen angrenzenden Elementen offen
gehaltenen Hohlräumen
kombiniert werden.
-
Das
erfindungsgemäße Gelenk
ist vorzugsweise dazu vorgesehen, neben der Funktion der Verbindung
und Filterung, die in der Einleitung beschrieben wurden, auch eine
Funktion als Schraubenfeder zu er füllen, beispielsweise im Rahmen
der Radaufhängung
des in der Druckschrift WO 97/47486 beschriebenen Typs. Es kann
daher wünschenswert sein,
ein hydroelastisches Gelenk zu erhalten, das um seine Achse extrem
verdrehfest und gleichzeitig bei axialer Translation relativ starr
und statisch und dynamisch bei radialer Translation sehr wenig starr ist.
Dies kann mit den in den Figuren beschriebenen Konfigurationen erreicht
werden, bei denen der der Torsion ausgesetzte Querschnitt im Vergleich
mit einem Monoblockteil wenig vermindert ist, bei denen jedoch die
radiale Steifheit aufgrund der hydraulischen Hohlräume in der
elastischen Hülse
wesentlich vermindert ist, wobei diese Hohlräume die Sättigung des Kautschuks verhindern.
-
Der
Querschnitt eines erfindungsgemäßen hydroelastischen
Gelenks ist natürlich
nicht auf ein rundes Profil beschränkt, wie es in den Figuren
gezeigt ist. Diese Konfiguration ist die geläufigste, die durch das Prinzip
der Erfindung erreichten Effekte können jedoch auch mit anderen
Gelenkprofilen verwirklicht werden.