-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein hydroelastisches Gelenk, das
dazu vorgesehen ist, zwei Teile zu verbinden und dabei gleichzeitig
die Vibrationen, die von einem Teil zum anderen übertragen werden, zu dämpfen.
-
Die
Druckschrift
DE 42 33 705 beschreibt
ein derartiges Gelenk mit einem äußeren Mantel
und einem inneren Mantel, wobei ein Mantel um den anderen herum
angeordnet ist, und einem elastisch verformbaren Element, welches
derart zwischen den Mänteln
angeordnet ist, dass eine Bewegung der Mäntel relativ zueinander möglich ist,
wobei das elastisch verformbare Element so ausgebildet ist, dass
es zwischen den Mänteln
einen Raum definiert, der eine Dämpfungsflüssigkeit
enthält
und zumindest zwei Kammern aufweist, die sich in einer vorbestimmten Dämpfungsrichtung
gegenüber
liegen, wobei die Kammern miteinander über zumindest einen Resonanzkanal
und zumindest einen Überdruckkanal
in Verbindung stehen können,
welcher zumindest einen Abschnitt mit variablem Querschnitt aufweist.
-
Derartige
Gelenke haben zwei wesentliche Funktionen: Freiheitsgrade zwischen
den Teilen, die sie verbinden, zur Verfügung zu stellen und die Vibrationsübertragung
zwischen dem einen und dem anderen Teil zu dämpfen.
-
Im
Bereich des Fahrzugbaus wurden diese Gelenke zunächst zur Dämpfung des Antriebsystems gegenüber dem
Grundrahmen oder der Karosserie des Fahrzeugs und später auch
zur Dämpfung
von Fahrwerksbauteilen, wie beispielsweise den Dreieckslenkern der
Achsen, bezogen auf den Grundrahmen, verwendet.
-
Im
zweiten Fall wird insbesondere die Dämpfung der Verschiebung in
Fahrzeuglängsrichtung
angestrebt, wie beispielsweise die Rückwärtsbewegung eines Rades beim
Kontakt mit einem Hindernis. Als weitere Vibrationsquellen des Fahrwerks
eines Fahrzeugs sind auch beispielsweise die Unwucht der Reifen
beim Abrollen, Fehler der Bremsscheiben und Bremsassistenzeinrichtungen
bekannt. Die Vibrationen der Fahrwerksbauteile sind im Allgemeinen durch
verhältnismäßig tiefe
Resonanzfrequenzen, beispielsweise im Bereich von 15 bis 20 Hz,
und verhältnismäßig hohe
Amplituden, beispielsweise in der Größenordnung eines Millimeters
oder mehr gekennzeichnet, sodass sie, wenn sie nicht richtig gedämpft werden,
für die
Fahrzeuginsassen bemerkbar sind.
-
Wenn
auf einen der Mäntel
zumindest in Dämpfungsrichtung
eine Vibrationsbeanspruchung ausgeübt wird, führt diese ganz allgemein gesprochen
zu einer elastischen Verformung des verformbaren Elements, welches
beispielsweise aus einem Elastomer gefertigt ist, eine Veränderung
des Volumens der Kammern, eine Druckdifferenz zwischen ihnen und
letztlich ein Fließen
der Dämpfungsflüssigkeit
durch den Resonanzkanal. Aufgrund der Trägheit der Flüssigkeit
und der Verstärkung
durch den begrenzten Querschnitt des Resonanzkanals, der eine Erhöhung der
Geschwindigkeit der Flüssigkeit bewirkt,
ist der Durchfluss phasenverschoben zu der erregenden Kraft, wodurch
eine Dämpfung
der übertragenen
Belastung zu dem zweiten Mantel entsteht. Die Bemessung der Dämpfungskenndaten
eines solchen Gelenks erfolgt durch eine dynamische Steifigkeit,
die das Verhältnis
zwischen der an den zweiten Mantel übertragenen Belastung und der
Vibrationsverschiebung, die auf den ersten aufgebracht wird, ist.
Eine solche dynamische Steifigkeit kann durch die Frequenz und die
Amplitude der Erregungsverschiebung parametrisiert werden. Unter
Verwendung einer klassischen Bezeichnung mittels komplexer Zahlen
für die
harmonischen Größen Eingangsverschiebung
und Ausgangsbelastung lässt
sich diese dynamische Steifigkeit als eine komplexe Zahl ausdrücken, gekennzeichnet
durch eine Amplitude, genannt Steifigkeit, und eine Phase, genannt
Phasenverschiebung.
-
Das
Verhalten derartiger Gelenke in Abhängigkeit der Erregerfrequenz
ist typischerweise wie folgt: Die Steifigkeit wächst mit der Frequenz. Die Phasenverschiebung
wächst
anfangs mit der Frequenz bis zu einem Maximalwert, der bei der Druckresonanzfrequenz
des Gelenks erreicht ist, und nimmt jenseits davon ab oder pendelt
sich ein. Dieses Verhalten ist in den 9a und 9b durch
gestrichelte Linien dargestellt.
-
Bekannterweise
kann die dynamische Steifigkeit zur Regelung der Resonanzfrequenz
des Gelenkes durch die Wahl der Zusammensetzung und Geometrie des
verformbaren Elements, der Viskosität der Dämpfungsflüssigkeit, die beispielsweise
ein Gemisch as Glycol und Wasser ist, und des Querschnitts sowie
der Länge
des Resonanzkanals angepasst werden. Die Resonanzfrequenz entspricht
der Frequenz, bei der die Dämpfungseigenschaften
des Gelenks optimal sind, wobei die Phasenverschiebung maximal ist.
Das Anwachsen der Steifigkeit des Gelenks mit der Frequenz stellt
dadurch einen Nachteil dar, dass in dem Bereich der Frequenzen,
in denen die Steifigkeit erhöht
ist, typischerweise jenseits der Druckresonanzfrequenz, das Gelenk
die Vibrationen sehr gut überträgt. Folglich
treten bei einer Stoßbelastung
des Gelenks, die beispielsweise entsteht, wenn das Fahrzeugrad auf
ein Hindernis, wie eine Anschlussfuge der Straße oder eine Gehwegplatte,
auftrifft, mittlere Frequenzen beispielsweise der Größenordnung
von 40 bis 50 Hz auf, die nicht durch den Resonanzkanal gedämpft werden.
-
Herkömmlicherweise
ist der Überdruckkanal darauf
ausgelegt, das Teil bei sehr heftigen Belastungen gegen Bersten
zu schützen.
Es ist deshalb mit einem Überdruckventil,
welches einen variablen Querschnitt bildet, ausgestattet, das im
Normalbetrieb des Gelenks geschlossen bleibt und sich nur unter
einer sehr großen
Druckdifferenz zwischen den zwei Kammern öffnet.
-
Die
oben genannte Druckschrift schlägt
vor, im Falle eines Stoßes
durch die geeignete Wahl des Öffnungsdruckes
des Überdruckventils
bzw. einen Kreislauf der Flüssigkeit
durch den Überdruckkanal die
dynamische Verhärtung
des Gelenks zu verhindern. Es existieren jedoch zwei widerstreitende
Anforderungen dahingehend, dass das Ventil zum einen eine ausreichende
Dichtigkeit, um den Effekt des Resonanzkanals, insbesondere bei
tiefen Frequenzen, nicht zu beseitigen, und zum anderen einen hinreichend
schwachen Öffnungsdruck,
um sich im Fall eines Stoßes
schnell zu öffnen,
aufweisen muss.
-
Die
Druckschrift
DE 195 03 445 schlägt ein Gelenk
des oben genannten Typs vor, bei dem im Ruhezustand die Lippe des Überdruckkanals
die gegenüberliegende
Wand des Überdruckkanals
nicht berührt,
sodass der Kanal teilweise geöffnet
bleibt. Dann ist der Resonanzkanal jedoch permanent durch den Überdruckkanal
kurzgeschlossen, sodass die Phasenverschiebung des Gelenks verschlechtert wird.
-
Die
Druckschrift
EP 1 046 833 erwähnt, dass eine
Verbesserung des akustischen Verhaltens des Gelenks beim Auftreten
eines Stoßes
durch Reduktion der Reibung zwischen der Lippe des Überdruckventils
und der gegenüberliegenden
Wand, des Kanals oder durch Versehen der Ventillippe mit einem weichen
Bereich, der aus einem feineren oder geschmeidigeren Material als
der Rest der Ventillippe besteht, erzielbar ist. Eine solche Gestaltung
verstärkt
jedoch die Empfindlichkeit der Ventillippe und erhöht die Gestaltungskosten.
-
Die
Druckschrift
DE 41 37 692 schlägt ein Gelenk
vor, bei dem der Öffnungsdruck
beeinflusst wird durch Einwirkung auf eine komprimierbare Flüssigkeit.
-
Die 9a, 9b, 10a und 10b stellen
Messergebnisse der dynamischen Steifigkeit zweier Gelenke des Standes
der Technik mit einer Resonanzfrequenz der Größenordnung 20 Hz und zwei verschiedenen
Klemmwerten des Überdruckventils
dar. Die gestrichelt dargestellten Kurven entsprechen einem üblichen
Klemmwert für
Ventile, die eine reine Sicherheitsfunktion haben, beispielsweise mit
einer radialen Komprimierung auf 1 bis 1,5 mm des Materials der
Ventillippe. Die mit durchgezogenen Linien dargestellten Kurven
entsprechen einer reduzierten Klemmung, wobei die Ventillippen in
einem einfachen Kontakt mit der gegenüberliegenden Wand des Kanals
stehen, ohne merkliche Komprimierung, solange das Gelenk in Ruhe
ist.
-
In
den 9a und 9b sind
jeweils die dynamische Steifigkeit |K| und die Phasenverschiebung φ der beiden
Gelenke, die einer harmonischen Belastung entlang der Dämpfungsrichtung
ohne starke Vorspannung unterworfen sind, in Abhängigkeit der Frequenz dieser
Belastung dargestellt. Es ist festzustellen, dass die Lockerung
des Ventils bei Frequenzen oberhalb der Resonanzfrequenz eine Abnahme
der Steifigkeit in der Größenordnung
von 50% hervorruft, was dem gesuchten Effekt entspricht, und zu
einer Herabsetzung der Phasenverschiebung der Resonanzfrequenz in
der Größenordnung
von 30% führt,
was einen Nachteil bedeutet, aber auch zu einer Verbesserung der
Phasenverschiebung für
Frequenzen oberhalb von 40 Hz, was vorteilhaft ist. Insgesamt kann
man schlussfolgern, dass die Vorteile gegenüber der Verringerung der Phasenverschiebung
bei Resonanz überwiegen,
weil diese einen zumutbaren Wert beibehält.
-
In
den 10a und 10b sind
dieselben Parameter wie in den entsprechenden 9a und 9b dargestellt,
die erzielt werden, wenn die zwei Gelenke einer zusätzlichen
statischen Vorspannung in Dämpfungsrichtung
unterworfen sind. Wenn auch der vorteilhafte Effekt der Lockerung
des Ventils bezüglich
der dynamischen Steifigkeit beibehalten wird, ist im Gegenzug eine
Verringerung der Phasenverschiebung bei der Resonanzfrequenz von über 50% festzustellen,
sowie ein substantieller Phasenverschiebungs-Verlust bei hohen Frequenzen.
Aufgrund dieser Verminderung der Phasenverschiebung wird die Verwendung
eines hydroelastischen Gelenks anstatt eines einfachen Metall-Kautschuk-Gelenks gänzlich uninteressant.
-
Selbst
wenn es möglich
wäre, mit
den bekannten Gelenken einen zumutbaren Kompromiss hinsichtlich
des Öffnungsdrucks
des Überdruckventils
zu finden, um die Dämpfung
bei Stoßbelastungen zu
verbessern, wenn das Gelenk im Bereich seiner Ruhekonstellation
deformiert wird, so ist dies nicht mehr der Fall, wenn das Gelenk
einer zusätzlichen statischen
Vorspannung unterworfen wird, beispielsweise solch einer Vorspannung,
die in Längsrichtung des
Fahrzeuges ausgerichtet ist. Diese ergibt sich durch den Transfer
der Masse, die bei einer Bremsung des Fahrzeugs auf dem Gelenk eines
Fahrwerksbauteils lastet. Die weiterhin bestehende Phasenverschiebung
ist dann insbesondere im Bereich um die Resonanzfrequenz ungenügend.
-
Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, die oben genannten Nachteile
zumindest teilweise zu überwinden,
indem ein Gelenk vorgeschlagen wird, das eine Resonanzdämpfung bei
Belastung mit niedriger Frequenz sowie eine Dämpfung der stoßartigen Belastung
gewährleistet
und die Resonanzdämpfungseigenschaften
unter einer zusätzlichen
Vorspannung beibehält,
wenn es im Bereich seiner Ruhekonfiguration verformt wird.
-
Hierfür gibt die
Erfindung ein hydroelastisches Gelenk an, das dazu vorgesehen ist,
zwei Teile zu verbinden und gleichzeitig die Vibrationen, die von einem
Teil zum anderen Teil übertragen
werden, zu dämpfen,
wobei das Gelenk einen äußeren Mantel und
einen inneren Mantel, wobei ein Mantel um den anderen herum angeordnet
ist, und ein elastisch verformbares Element aufweist, welches derart
zwischen den Mänteln
angeordnet ist, dass eine Bewegung der Mäntel relativ zueinander möglich ist,
wobei das elastisch verformbare Element so ausgeführt ist, dass
es zwischen den Mänteln
einen Raum definiert, welcher eine Dämpfungsflüssigkeit enthält und zumindest
zwei Kammern aufweist, die sich in einer vorbestimmten Dämpfungsrichtung
gegenüberliegen,
wobei die Kammern befähigt
sind, miteinander über
zumindest einen Überdruckkanal
in Verbindung zu stehen, welcher zumindest einen Abschnitt mit variablem
Querschnitt aufweist, und das dadurch gekennzeichnet ist, dass es
ein Kraftumleitungsmittel aufweist, das ausgehend von einer Kraft,
die letztlich die Mäntel
in Bezug aufeinander in der Dämpfungsrichtung
verschiebt, in dem Bereich des Abschnitts oder der Abschnitte mit
variablem Querschnitt des Überdruckkanals
eine Klemmkraft erzeugt, um der Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit
durch den Überdruckkanal
entgegenzuwirken.
-
Dieses
Merkmal erlaubt es, ein Gelenk zu konzipieren, das im Bereich seiner
Ruheposition eine Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit durch den Überdruckkanal
schon ab verhältnismäßig niedrigen Druckunterschieden
zwischen den zwei Kammern erlaubt, so dass Stoßbelastungen ausreichend gedämpft werden,
und das die Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit
durch den Überdruckkanal
begrenzt, wodurch die durch das Gelenk erzeugte Resonanzdämpfung verbessert
wird, wenn das Gelenk einer Vorspannung in Dämpfungsrichtung unterworfen wird.
-
Bei
dem erfindungsgemäßen Gelenk
ist es nicht notwendig, die beiden Kammern durch einen vom Resonanzkanal
verschiedenen Überdruckkanal zu
verbinden, da der Überdruckkanal
oder die Überdruckkanäle eine ähnliche
Funktion erfüllen
können, nämlich das
Ermöglichen
eines Durchflusses von Flüssigkeit
zwischen den zwei Kammern, der bezüglich der Erregungskraft phasenverschoben
ist, und das Erzeugen einer Dämpfung
der übertragenen
Belastung zu dem zweiten Mantel durch geeignete Regelung ihrer Querschnitte
oder ihrer Öffnungsdrucke.
-
Gemäß einer
besonderen Ausführungsform der
Erfindung ist zumindest ein Resonanzkanal vorgesehen, der die Kammern
bezüglich
des zumindest einen Überdruckkanals
als Bypass miteinander verbindet.
-
Vorzugsweise
weist der Abschnitt des Überdruckkanals
mit variablem Querschnitt eine weiche Überdruckventillippe auf, welche
sich zwischen zwei gegenüberliegenden
Seitenwänden
des Überdruckkanals
derart erstreckt, dass sich der Überdruckkanal erst
dann öffnet,
wenn eine Druckdifferenz zwischen den Kammern einen Öffnungsschwellwert überschreitet,
wobei die Klemmkraft, die durch das Kraftumleitungsmittel erzeugt
wird, geeignet ist, die Lippe des Ventils zwischen den gegenüberliegenden
Seitenwänden
des Überdruckkanals
zusammenzudrücken,
um den Öffnungsschwellwert
zu erhöhen.
-
Dieses
Merkmal ermöglicht
die Konzipierung eines Gelenkes, das mit einer Ventillippe versehen ist,
die im Ruhezustand zwischen den zwei gegenüberliegenden Wänden des Überdruckkanals
weniger zusammengepresst ist als in den herkömmlichen Gelenken. Allerdings
wird die Klemmung dieser Ventillippe erhöht, um die Zirkulation der
Dämpfungsflüssigkeit
durch den Überdruckkanal
zu beschränken, wenn
eine Vorspannung in Dämpfungsrichtung
aufgebracht wird.
-
Gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung weist der Abschnitt des Überdruckkanals
mit variablem Querschnitt einen Einlassbereich des Überdruckkanals
auf, welcher eine Seitenwand hat, die durch das Kraftumleitungsmittel
derart verschiebbar ist, dass der Einlassbereich verschlossen wird. Die
Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit
durch den Überdruckkanal
ist dann durch Verschluss dieses Einlassbereichs des Überdruckkanals
begrenzt.
-
Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung weist das Kraftumleitungsmittel eine Oberfläche auf,
die mit dem inneren Mantel formschlüssig verbunden ist und die
geneigt ist, um bei einer Relativverschiebung der Mäntel in
Dämpfungsrichtung Material
des elastisch verformbaren Elementes, bezogen auf eine Strömungsrichtung,
die durch den Überdruckkanal
definiert wird, in Querrichtung zu drücken.
-
Vorteilhaft
umfasst die geneigte Oberfläche einen
Teil der äußeren Oberfläche des
inneren Mantels.
-
Vorzugsweise
ist eine eingebettete Verstärkung
in dem elastisch verformbaren Element vorgesehen, wobei die eingebettete
Verstärkung
gegenüber
der geneigten Oberfläche
des Kraftumleitungsmittels eine Öffnung
aufweist, um eine Verschiebung des Materials des elastisch verformbaren
Elements zu erlauben, das durch die geneigte Oberfläche gegen
die eingebettete Verstärkung
gedrückt
wird.
-
Gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung umfasst das Kraftumleitungsmittel ein halbstarres
Element, welches mit zumindest einer der Kammern in Kontakt steht,
wobei das Element einen Biegebereich, der so ausgebildet ist, dass
er derart zwischen dem äußeren und
dem inneren Mantel angeordnet wird, dass der Biegebereich elastisch
gebogen wird, wenn der innere und der äußere Mantel in der Dämpfungsrichtung
gegeneinander verschoben werden, und zumindest einen Klemmbereich aufweist,
der so drehbar ist, dass als Reaktion auf die Biegung des Biegebereichs
in dem Bereich mit variablem Querschnitt des Überdruckkanals der Querschnitt
verringert wird.
-
Gemäß eines
ersten vorteilhaften Merkmals der zweiten Ausführungsform umfasst das halbstarre Element
ein im Wesentlichen in Form eines W gewelltes, elastisches Blatt
mit einem zentralen Bogen, welcher zwischen dem äußeren und dem inneren Mantel
im Wesentlichen parallel zur Dämpfungsrichtung
hervorsteht, um den Biegebereich zu bilden, und zumindest einen
seitlichen Flügel,
der den Klemmbereich bildet.
-
Gemäß eines
zweiten vorteilhaften Merkmals der zweiten Ausführungsform sind der innere und
der äußere Mantel
im Wesentlichen zylindrisch und weisen eine gemeinsame axiale Richtung
auf, wobei das halbstarre Element eine elastische, zylindrische
Hülle aufweist,
deren Achse im Wesentlichen parallel zu der gemeinsamen Richtung
ist und deren Biegebereich zwischen zwei im Wesentlichen axialen Rippen
definiert wird, durch welche sich die Hülle gegen eine innere Oberfläche des äußeren Mantels stützt.
-
Vorzugsweise
ist der Biegebereich in der Dämpfungsrichtung
zwischen dem äußeren Mantel und
einem Anschlagelement, welches an dem inneren Mantel hervorsteht,
eingebracht.
-
Vorzugsweise
bildet der Klemmbereich des halbstarren Elements eine seitliche
Wand des Bereiches des Überdruckkanals
mit variablem Querschnitt. Vorteilhafterweise kann in diesem Fall
an der Seitenwand eine Ventillippe angeordnet sein, die sich in
Richtung einer Seitenwand erstreckt, die dem Überdruckkanal gegenüberliegt,
alternativ dazu kann die Ventillippe an einer Seitenwand des Überdruckkanals
angeordnet sein, die der seitlichen Wand des halbstarren Elements
gegenüberliegt,
wobei die seitliche Wand geeignet ist, auf einen freien Endbereich der
Ventillippe zu drücken,
um die Ventillippe zu komprimieren.
-
Gemäß eines
anderen Merkmals der Erfindung ist ein Resonanzkanal vorgesehen,
der sich zwischen den Kammern als Bypass auf der, bezogen auf den Überdruckkanal,
anderen Seite der seitlichen Wand erstreckt, wobei die seitliche
Wand eine Öffnung
umfasst, die in den Resonanzkanal mündet.
-
Vorzugsweise
ist das halbstarre Element geeignet, den Querschnitt des Resonanzkanals,
welcher zwischen der seitlichen Wand und dem äußerem Mantel definiert ist,
umgekehrt zum variablen Querschnitt des Überdruckkanals derart zu variieren, dass
die Resonanzfrequenz des Resonanzkanals verstärkt wird, wenn der innere und
der äußere Mantel
in der Dämpfungsrichtung
verschoben werden.
-
Wenn
das Gelenk an einem Fahrwerksbauteil eines Fahrzeugs Verwendung
findet und während einer
Bremsung einer Vorspannung in Dämpfungsrichtung
unterworfen ist, kann durch dieses Merkmal eine Veränderung
der Resonanzfrequenz des Resonanzkanals erzielt werden, die der
Veränderung
der eigentlichen (reinen) Frequenz der Aufhängung des Fahrzeuges entspricht,
die während
des Bremsens ansteigt. Demnach ist die durch das Gelenk bereitgestellte
Dämpfung
verbessert, da die Resonanzfrequenz des Gelenkes und die eigentlichen
(reinen) Frequenzen der Aufhängung über einen
erweiterten Betriebsbereich abgestimmt bleiben können, und zwar sowohl beim
Bremsen als auch bei Fehlen einer Bremsung.
-
Vorteilhafterweise
weist das elastisch verformbare Element zwei End-Trennwände auf, welche den inneren
und den äußeren Mantel
im Bereich ihrer gegenüberliegenden
Endstücke
dicht miteinander verbinden, um den Raum der Dämpfungsflüssigkeit abzuschließen, wobei
das halbstarre Element so ausgeführt
ist, dass eine annähernde
Dichtigkeit zwischen den End-Trennwänden und den Rändern des halbstarren
Elements sichergestellt wird. Dadurch wird der Kurzschluss-Leckagebetrag
des Überdruckkanals
verringert.
-
Gemäß einer
dritten Ausführungsform
der Erfindung ist ein zusätzlicher
Mantel vorgesehen, welcher um den äußeren Mantel herum angeordnet ist,
wobei das Kraftumleitungsmittel einen hydraulischen Kreislauf aufweist,
welcher durch den äußeren Mantel
und den zusätzlichen
Mantel definiert wird, wobei der hydraulische Kreislauf ein erstes
Reservoir umfasst, welches von einer der Kammern der Dämpfungsflüssigkeit über eine
erste nachgiebige Membran getrennt ist, wobei die Membran in einer
ersten Öffnung
des äußeren Mantels
vor einem Anschlagelement angebracht ist, welches an dem inneren
Mantel vorspringend in der Dämpfungsrichtung
vorgesehen ist, und ein zweites Reservoir, das eine Wandung hat,
die durch eine zweite, nachgiebige Membran gebildet wird, und in
einer zweiten Öffnung
des äußeren Mantels
eingebracht ist, wobei die zweite nachgiebige Membran eine äußere seitliche
Wandung des Abschnitts mit variablem Querschnitt des Überdruckkanals
bildet und das zweite Reservoir derart mit dem ersten Reservoir
verbunden ist, dass eine Verformung der ersten Membran nach außen hin,
die durch die Einwirkung der Kraft des Anschlagelements bedingt
ist, durch die Übertragung
des hydraulischen Drucks eine Verformung der zweiten Membran nach innen
verursacht, um den Querschnitt des Überdruckkanals zu verringern.
-
Vorzugsweise
ist ein zweites, elastisch verformbares Element zwischen dem zusätzlichen
Mantel und dem äußeren Mantel
angeordnet, wobei der hydraulische Kreislauf in dem zweiten elastisch
verformbaren Element vorgesehen ist.
-
Zum
besseren Verständnis
der Erfindung sowie deren weiterer Aufgaben, Details, Merkmale und Vorteile,
werden in der folgenden Beschreibung mehrere besondere Ausführungsformen
der Erfindung, ausschließlich
beispielhaft und nicht einschränkend mit
Bezug auf die Zeichnungen angegeben. Es zeigen:
-
1 eine
Ansicht des Gelenks gemäß der ersten
Ausführungsform
der Erfindung, in einem Längsschnitt
entlang der Linie I-I der 2,
-
2 eine
Ansicht des Gelenks aus 1, dargestellt in einer Schnittdarstellung
in Querrichtung entlang der Linie II-II,
-
3 eine
analoge Ansicht zur 2, die ein Gelenk gemäß einer
ersten Variante der zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
-
4 eine
perspektivische Ansicht eines halbelastischen Elements des Gelenkes
der 3,
-
5 eine
der 2 entsprechende Ansicht, die ein Gelenk gemäß einer
zweiten Variante der zweiten Ausführungsform der Erfindung darstellt,
-
6 eine
perspektivische Ansicht des halbelastischen Elements der 5,
-
7 eine
der 2 entsprechende Ansicht, die ein Gelenk gemäß der dritten
Variante der zweiten Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
-
8 eine
der 2 entsprechende Ansicht, die ein Gelenk gemäß der dritten
Ausführungsform
der Erfindung darstellt,
-
9a und 9b eine
Darstellung der dynamischen Steifigkeit und der Phasenverschiebung, die
bei einer harmonischen Belastung ohne statische Vorspannung beobachtet
wurden, für
zwei Gelenke des Standes der Technik,
-
10a und 10b die
dynamische Steifigkeit und die Phasenverschiebung, die bei einer harmonischen
Belastung mit statischer Vorspannung beobachtet wurde für zwei Gelenke
des Standes der Technik,
-
11 eine
Teil-Schnittansicht in Querrichtung einer Variante der Ausführungsform
des Gelenkes, das in der 3 dargestellt ist,
-
12 eine
Teil-Schnittansicht in Querrichtung einer Variante der Ausführungsform
des Gelenkes, das in 5 dargestellt ist,
-
13 und 14 Teil-Schnittansichten
in Querrichtung der Ausführungsform
des Gelenkes, das in 7 dargestellt ist.
-
Im
Folgenden wird eine erste Ausführungsform
der Erfindung mit Bezug auf die 1 und 2 beschrieben.
In dieser Ausführungsform
weist das Gelenk eine im Wesentlichen zylindrische Form mit rundem
Querschnitt auf und besitzt einen äußeren Mantel 1 und
einen inneren Mantel 2, die im Wesentlichen zylindrisch
und koaxial zur Achse A sind. Diese Mäntel sind steif und aus einem
Material wie Metall oder Kunststoff ausgeführt. Der äußere Mantel 1 und
der innere Mantel 2 sind dafür vorgesehen, an zwei entsprechende
Teile einer Struktur bzw. Baugruppe (nicht dargestellt) befestigt
zu werden, um diese Teile miteinander zu verbinden und die Übertragung
von Vibrationen zwischen ihnen zu dämpfen. Um die Montage des Gelenkes
zwischen den zwei Teilen zu erleichtern, ragt der innere Mantel 2 in Längsrichtung über den äußeren Mantel 1 an
beiden Endstücken
des Gelenkes hinaus.
-
Zwischen
dem inneren Mantel 2 und dem äußeren Mantel 1 ist
eine Baugruppe 5 eingebaut, die eine hydraulisch dämpfende
Feder darstellt und aus einem elastisch verformbaren Element 6 aus
einer Zusammensetzung von einem oder mehreren Elastomeren, die eine
eingebettete Verstärkung 7 aufweisen,
und einer Dämpfungsflüssigkeit 8 gebildet
wird, welche einen dichten Raum 9 ausfüllt, der zwischen dem verformbaren
Element 6 und der inneren Oberfläche 10 des äußeren Mantels
aufgespannt ist, besteht. Das verformbare Element 6 weist
insgesamt die Form eines zylindrischen, hohlen Stutzens auf, der
mit seiner inneren Oberfläche
auf der äußeren Oberfläche 11 des
inneren Mantels 2 haftet und auf seiner äußeren Oberfläche 12 ausgenommen
ist, um den Raum 9 zu bilden.
-
Die äußere Gestalt
des verformbaren Elementes 6 ist wie folgt: Das verformbare
Element 6 ist in einem zentralen Bereich zwischen den zwei
axialen Endstücken
so ausgeformt, dass es im Bereich seiner axialen Endstücke zwei
ringförmige
Wände 13 und 14 bildet,
welche den inneren Mantel 2 und den äußeren Mantel 1 derart
verbinden, dass der Raum 9 dichtend geschlossen wird. Zwei
axial gegenüberliegende
(diametrale) Ansätze 15a und 15b verbinden die
beiden Wände 13 und 14,
sodass der Raum 19 in zwei im Wesentlichen halb-ringförmige Kammern 17a und 17b unterteilt
wird, die bezüglich
einer Fläche,
die die Achse A des Gelenkes und die Mittellinien der Ansätze 15a und 15b enthält, symmetrisch sind.
Die Kammern 17a und 17b liegen einander gegenüber in einer
Richtung B, die die hydraulische Dämpfungsrichtung der Baugruppe 5 definiert.
-
Der
Boden jeder Kammer 17a und 17b ist mit einer entsprechenden
Erhöhung 18a und 18b ausgeformt,
die von der Mitte der Kammer radial nach außen hervorspringt und ein Anschlagelement
bildet, das geeignet ist, mit der inneren Oberfläche 10 des äußeren Mantels 1 in Kontakt
zu kommen, wenn der äußere Mantel 1 und
der innere Mantel 2 zueinander in Richtung B verschoben
werden. Ab einem bestimmten Schwellwert der Verschiebung drückt in Abhängigkeit
von der Richtung der Verschiebung eine der Erhöhungen 18a und 18b gegen
die innere Oberfläche 10,
sodass die Steifigkeit des Gelenks in Richtung B erhöht wird.
Somit verhindern die Erhöhungen 18a und 18b eine übermäßige Verformung
des verformbaren Elementes 6 in Richtung B, um eine Schädigung der
Wände 13 und 14 zu
verhindern, wenn das Gelenk einer erheblichen radialen Belastung
unterworfen wird.
-
In
der in den 1 und 2 dargestellten Ausführungsform
schließt
jede der Erhöhungen 18a und 18b des
verformbaren Elementes in seinem Zentrum eine steife Platte 3a bzw. 3b ein,
die sich gegen die äußere Fläche 11 des
inneren Mantels 2 abstützt und
in der Masse des verformbaren Materials eingebettet ist. Die beispielsweise
metallischen Platten 3a und 3b dienen der Versteifung
der Erhöhungen 18a und 18b in
Richtung B, sodass das Gelenk deutlich versteift wird, wenn eine
der Erhöhungen 18a und 18b mit
der inneren Oberfläche 10 in
Kontakt tritt. In einer Variante können die Erhöhungen 18a und 18b auch
integral in dem Material des verformbaren Elementes 6 ausgeführt sein,
ohne steife Platte, wie in dem Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt
ist, um die Versteifung des Gelenks progressiver zu gestalten.
-
Die
Verstärkung 7 ist
in der elastischen Masse des verformbaren Elementes 6 eingebettet.
Die Verstärkung 7 besteht
aus einem Rohrabschnitt, der im Wesentlichen die gleiche Länge wie
der äußere Mantel 1 hat
und zu diesem koaxial ist, wobei in seinem zentralen Bereich zwei Öffnungen
vorgesehen sind, wobei jede einen weiten Winkelbereich von beispielsweise
ungefähr
120° um
die Achse A herum abdeckt. Jede dieser Öffnungen entspricht dem Platz einer
Kammer 17a und 17b und ermöglicht das Passieren der Erhöhung 18a oder 18b,
damit diese mit dem äußeren Mantel 1 zum
Anschlag kommen kann. Die Verstärkung 7 bildet
im Bereich der axialen Endstücke
zwei Ringe 20 und 21, die jeweils in der Peripherie
der Wände 13 bzw. 14 eingebettet
sind, wobei die Ringe 20 und 21 durch zwei zur
Achse A parallel ausgerichtete Streifen 22a und 22b verbunden
sind, die radial in Bezug auf die Ringe 20 und 21 geringfügig enger
sind und in den entsprechenden Ansätzen 15a und 15b eingebettet
sind. Das verformbare Element 6 umfasst auf der Oberfläche der äußeren Abschlusswände 13 und 14 auch
zwei ringförmige
Aussparungen 28 und 29, die in der Elastomermasse zwischen
dem inneren Mantel 2 und der eingebetteten Verstärkung 7 gebildet
sind.
-
Die
Streifen 22a und 22b der eingebetteten Verstärkung 7 sind
auf ihrer äußeren Oberfläche mit einer
dünnen
Schicht des Materials des verformbaren Elementes 6 überzogen,
das die Scheitelflächen 23a und 23b der
jeweiligen Ansätze 15a und 15b bildet.
Jede der Oberflächen 23a und 23b weist
die Form eines Zylinderabschnitts auf, der in einem bestimmten radialen
Abstand der inneren Oberfläche 10 des äußeren Mantels 1 folgt.
Dieser radiale Abstand, der im Wesentlichen dem Wert der radialen Einschnürung der
Streifen 22a und 22b entspricht, erzeugt Verbindungskanäle zwischen
den zwei Kammern 17a und 17b.
-
Genauer
gesagt werden zwischen der Scheitelfläche 23b und der inneren
Oberfläche 10 ein Überdruckkanal 25b und
ein Resonanzkanal 26 definiert, die sich parallel zur peripheren
Richtung des äußeren Mantels 1 erstrecken
und durch eine Rippe 27 getrennt werden, die integral in
der Masse des verformbaren Elementes 6 ausgebildet ist.
Der Resonanzkanal 26 ist ein Kanal mit reduziertem Querschnitt,
der die zwei Kammern 17a und 17b in Verbindung
bringt, um bei einer gegebenen Resonanzfrequenz einen Resonanzdruck
gemäß der bekannten Technik
zu erzeugen.
-
Zwischen
der Scheitelfläche 23a und
der inneren Oberfläche 10 sind
ein Überdruckkanal 25a und
ein weiterer nicht dargestellter Resonanzkanal, der identisch zu
dem Resonanzkanal 26 ist, definiert. In einer Variante
kann der Überdruckkanal 25a ohne einen
zweiten Resonanzkanal die gesamte axiale Länge der Oberfläche 23a einnehmen.
-
Jede
Scheitelfläche 23a und 23b trägt entlang
der axialen Linie, die im Wesentlichen der Mittelebene der jeweiligen
Ansätze 15a und 15b entspricht,
jeweils eine nachgiebige Ventillippe 16a und 16b,
wie in 2 erkennbar ist. Die Ventillippen 16a und 16b erstrecken
sich über
die ganze Breite der Überdruckkanäle 25a und 25b und
sind in einem Stück
in dem Material des verformbaren Elementes gebildet. Die Ventillippe 16b ist
in der 1 nicht gezeigt. In Ruhe steht ein Teil der Endstücke der
Lippen 16a und 16b mit der inneren Oberfläche 10 des äußeren Mantels 1 in
Kontakt, sodass die Überdruckkanäle 25a und 25b hermetisch
verschlossen sind. Die zwei Lippen 16a und 16b weisen
eine schraubenförmige
Ausrichtung in dem gleichen Drehsinn um die Achse A auf. Bei Belastung
des Gelenks in radialer Richtung, was in einem hinreichenden Überdruck
in einer der Kammern, z. B. in der Kammer 17a resultiert,
wird eine der Lippen, beispielsweise 16a, in ihre Aufrollrichtung
gedrückt,
was eine Biegung in Richtung des Ansatzes, zum Beispiel 15a,
an dem sie vorgesehen ist, und die Öffnung einer Verbindung zwischen
den zwei Kammern durch den Überdruckkanal 25a bewirkt,
sodass sich der Druck in der Flüssigkeit ausgleichen
kann. Die andere Lippe, 16b nach diesem Beispiel, wird
im Gegensatz dazu durch den Überdruck
der Flüssigkeit
in ihre Abrollrichtung gedrückt
und dadurch gegen den äußeren Mantel 1 gehalten,
sodass keine Verbindung zwischen den zwei Kammern durch den Kanal 25b geöffnet wird.
Bei einer umgekehrten Belastung wird die Funktionsweise der zwei
Lippen 16a und 16b vertauscht.
-
Unter
dem Ansatz 15a weist der innere Mantel 2 auf seiner äußeren Oberfläche 11 einen
Ansatz 19 parallel zur Achse A auf, dessen eine Seite eine ebene,
geneigte Oberfläche 24 bildet,
die beispielsweise um einen Winkel von 20 bis 60°, vorzugsweise jedoch ungefähr 45°, bezogen
auf die radiale Ausdehnungsrichtung des Ansatzes 15a, geneigt
ist. Der axiale Streifen 22a der eingebetteten Verstärkung 7 weist
ebenso einen axialen Ausdehnungsbereich 30 unterhalb der
Ventillippe 16a auf, der radial in Richtung des inneren
Mantels 2 eingeschnürt
wurde, sodass er eine geneigte Fläche bildet, die parallel zur Oberfläche 24 ist,
wobei diese Fläche
teilweise weggelassen wurde, sodass sie einen Ausschnitt 31 aufweist.
-
Der
Raum 9 wird nach dem Befüllen mit Dämpfungsflüssigkeit durch Aufpressen des äußeren Mantels 1 auf
das verformbare Element (Presspassung) verschlossen. Das Befüllen kann
durch Eintauchen des Gelenkes in die Flüssigkeit erfolgen. Die zwei
Ringe 20 und 21 verleihen dem verformbaren Element 6 eine
starke radiale Steifigkeit im Bereich der Wände 13 und 14,
um einen dichten Kontakt mit dem äußeren Mantel 1 zu
sichern. Das verformbare Element ist nicht auf dem äußeren Mantel 1 aufgeklebt,
sondern wird in diesem durch die Reibung gehalten, die durch einen
feinen Haftfilm aus seinem Material erzeugt wird, der radial zwischen
der Oberfläche 10 und
den Ringen 20 und 21 gequetscht wurde.
-
Der Öffnungsdruck
der Ventillippen 16a und 16b, kann durch ihre
entsprechende Ausgestaltung angepasst werden, indem die axiale und
radiale Ausdehnung der Ventillippen, ihre Dicke und die Art des verwendeten
elastischen Materials entsprechend gewählt wird. Bei Abwesenheit einer
statischen Belastung, welche die Mäntel 1 und 2 in
Bezug zueinander in der Dämpfungsrichtung
B verschiebt, sind die Ventillippen 16a und 16b so
konzipiert, dass sie einen niedrigen Kompressionsvorspannungswert
gegen den Mantel 1 aufweisen. Dieser Kompressionsvorspannungswert
lässt das Öffnen der Überdruckkanäle zu, wenn
das Gelenk einer Stoßbelastung
unterworfen ist, welche beispielsweise eine Hauptkomponente bei
einer Frequenz von 40 bis 50 Hz mit einer Amplitude in der Größenordnung
von einigen Zehntel Millimeter umfasst. Der Wert der Vorspannung
ist im Allgemeinen niedriger als jener, der verwendet wird, wenn
die Überdruckventile
nur eine Sicherheitsfunktion haben, die die Zerstörung des
Gelenkes unter starker Belastung verhindert. Die Kompressionsvorspannung
der Ventillippen 16a und 16b gegen den Mantel 1 kann
auch im Wesentlichen Null gesetzt werden, ohne das jedoch der Durchgang
zwischen den zwei Kammern durch die Überdruckkanäle in einer Ruheposition offen
gehalten wird.
-
Die
Ventillippe 16a weist während
des Betriebes mehrere Klemmstufen auf, je nach Art der Belastung,
der das Gelenk unterworfen ist. Wenn das Gelenk allerdings einer
statisch-differentiellen
oder quasi-statischen Belastung unterworfen wird, die in der 2 durch
den Pfeil F dargestellt ist und die den inneren Mantel 2 in
Richtung der Kammer 17a verschiebt, drückt die geneigte Oberfläche 24 das
Material des verformbaren Elementes 6 unterhalb der Ventillippe 16a durch
den Ausschnitt 31, sodass die Basis der Lippe 16a gleichzeitig
in radiale Richtung nach außen
hin und somit gegen den Eingang des Überdruckkanals 25a in
peripherer Richtung verschoben wird. Diese Druckkraft, die in der 2 durch
den Pfeil P dargestellt ist, erhöht
die Klemmung der Ventillippe 16a gegen den äußeren Mantel 1 und
vergrößert damit
den Öffnungsdruck.
-
Ein ähnliches
Resultat ist festzustellen, wenn die Belastung F den inneren Mantel 2 gegen
den Ansatz 15a verschiebt. Bei Fehlen des Ausschnitts 31 kann
eine Verschiebung des inneren Mantels 2 die Klemmung der
Ventillippe 16a nicht verändern, da diese an der eingebetteten
Verstärkung 7 angeordnet ist,
die aufgrund der Steifigkeit der Mäntel und der Verbindung zwischen
ihnen im Bereich der Ringe 20 und 21 eine im Wesentlichen
feste Position in Bezug auf den äußeren Mantel 1 einnimmt.
-
Wenn
das Gelenk einer Vibrationsbelastung um diese verschobenen Konstellation
unterworfen wird, so wird bei Vorliegen einer statischen Belastung F
die Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit 8 durch den Überdruckkanal 25a hindurch
von der Kammer 17a zu der Kammer 17b durch die
Erhöhung
des Öffnungsdrucks
der Ventillippe 16a begrenzt. Dabei wird die Zirkulation
durch den Überdruckkanal 25b unterbunden.
Folglich wird die Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit durch die Resonanzkanäle gesteigert,
was die durch das Gelenk erzeugte Dämpfung, insbesondere bei benachbarten
Frequenzen der Resonanzfrequenz der Resonanzkanäle verbessert. In anderen Worten,
bei der Aufbringung einer statischen Vorspannung in Dämpfungsrichtung
wird durch Nachziehen der Ventillippe gegen den äußeren Mantel 1 der Leckagerate
durch den Überdruckkanal 25a entgegengewirkt,
die durch die Lockerung der Ventillippe 16a begünstigt wurde.
Deswegen wird unter statischer Vorspannung die Phasenverschiebung
des Gelenks wieder auf einen zufriedenstellenden Wert angehoben,
beispielsweise der Größenordnung
von 30 bis 50° bezüglich der
Resonanzfrequenz.
-
Durch
symmetrische Ausbildung des Gelenkes bezüglich der Achse A kann selbstverständlich eine
analoge Funktionsweise des Überdruckventils 16b erhalten
werden.
-
Nun
wird mit Bezug auf die 3 bis 7 eine zweite
Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Die Elemente, die identisch oder ähnlich zu
denen der ersten Ausführungsform
sind, tragen die gleichen um 100 erhöhten Bezugszeichen und werden nicht
aufs Neue beschrieben. In der zweiten Ausführungsform weist der innere
Mantel 102 eine zylindrische, kreisförmige äußere Oberfläche 111 auf, wobei die
eingebettete Verstärkung 107 keinen Ausschnitt im
Bereich des Ansatzes 115a aufweist. Ein halbstarres Bauteil,
das beispielsweise aus Metall oder einem Kunststoff und insbesondere
Polyamid hergestellt ist, steht in Kontakt mit dem Raum 109.
-
Nun
wird eine erste Variante der zweiten Ausführungsform mit Bezug auf die 3 und 4 beschrieben.
An den Ansätzen 115a und 115b sind weder
Ventillippen noch Rippen angeordnet. Das Bauteil 4a weist
ein im Wesentlichen rechteckiges Grundblatt, das Wellen in Längsrichtung
aufweist, die ihm einen im Wesentlichen W-förmigen Querschnitt verleihen,
mit zwei seitlichen, gebogenen Flügeln 32a und 32b,
die der Biegung der inneren Oberfläche 110 des äußeren Mantels 101 ähneln, und
einen zentralen Bogen 33 auf, der leicht in die Gegenrichtung gebogen
ist und sich an die Flügel 32a und 32b im Bereich
jeweils zweier Kröpfungen 34a und 34b anschließt. Jeder
seitliche Flügel 32a und 32b weist
auf Höhe
eines Mittelabschnittes einen Bereich 35a und 35b auf,
der in Richtung des Krümmungszentrums des
seitlichen Flügels
verschoben ist und sich von der äußeren Kante
im Wesentlichen bis zu der Kröpfung 34a oder 34b erstreckt
und an seinem kröpfungsnäheren Ende
eine jeweilige Öffnung 36a und 36b aufweist.
An jedem seitlichen Flügel 32a und 32b des
Grundblattes ist eine Ventillippe 116a bzw. 116b auf
einer Innenfläche
der Biegung des Flügels
angeordnet, wobei die Ventillippe und das Grundblatt vorzugsweise
aus einem Stück
gebildet sind. Die Ventillippen 116a und 116b erstrecken
sich über
die ganze Länge
des Grundblattes und verlaufen dabei über die verschobenen Bereiche 35a und 35b.
-
Jede
Lippe 116a und 116b weist auf beiden Seiten des
verschobenen Bereiches des seitlichen Flügels 32a oder 32b,
an dem sie angeordnet ist, einen Grundabschnitt, der im Wesentlichen
senkrecht zum Flügel
ist, und oberhalb des verschobenen Bereiches einen Endabschnitt
auf, der über
einen Knick mit dem Grundbereich verbunden ist und quer zur Länge des
Flügels
ausgerichtet ist, wobei er sich von dieser leicht abspreizt. Der
Endabschnitt weist eine abnehmende Dicke auf. Der Endabschnitt der
Lippe 116a ist zum Ende des Flügels 32a ausgerichtet
und der Endabschnitt des Flügels 116b ist
in Richtung des zentralen Bogens ausgerichtet.
-
Das
Bauteil 4a wird in den Raum 109 eingefügt, indem
es um das elastisch verformbare Element 106, in dessen
Querrichtung, aufgerollt wird, wobei sich der zentrale Bogen 33 in
der Kammer 117a quer zur Dämpfungsrichtung B erstreckt
und die zwei Flügel 32a und 32b zwischen
die Scheitelflächen 123a und 123b der
Ansätze 115a und 115b und
dem äußeren Mantel 101 eingebracht
werden. Die äußere Oberfläche der
Flügel 32a und 32b lehnt
sich bis zum Bereich der Kröpfungen 34a und 34b gegen
die innere Oberfläche 110.
Sie ist mit Rillen 37 versehen, um die Reibung an der inneren
Oberfläche 110 zu
verringern. Der zentrale Bogen 33 weicht von der inneren Oberfläche 110 ab
und springt leicht in der Mitte der Kammer 117a in Richtung
der Erhöhungen 118a des verformbaren
Elementes 106 hervor. In dem radialen Spalt zwischen der
Scheitelfläche 123a und 123b und
dem äußeren Mantel 101 bildet
jeder Flügel 32a oder 32b eine
Wand, durch die ein Überdruckkanal 125a oder 125b,
der durch die Wand und die Scheitelfläche 123a und 123b bestimmt
wird, und ein Resonanzkanal 126a oder 126b, der
zwischen der inneren Oberfläche 110 und
dem verschobenen Bereich 35a oder 35b bestimmt
wird, voneinander abgetrennt werden. Die Enden der Ventillippen 116a und 116b kommen
mit den Scheitelflächen 123a bzw. 123b in Kontakt,
sodass sie die Überdruckkanäle 125a und 125b hermetisch
verschließen.
Die Klemmung der Ventillippen 116a und 116b wird
im Ruhezustand entsprechend der gleichen Kriterien wie in der ersten Ausführungsform
festgelegt.
-
Die
Länge des
Bauteils 4a ist im Wesentlichen gleich der axialen Länge des
Raumes 109, um ein bestimmtes Dichtheitsniveau zwischen
den längsseitigen
Endkanten des Grundblattes und den axialen Endwänden des Raumes 109 derart
zu sichern, dass die Kurzschluss-Leckagerate der Kanäle, die
unterhalb des Bogens 33 durchfließt, hinreichend begrenzt ist,
um die Dämpfungseigenschaften des
Gelenkes nicht zu belasten. Das Bauteil 4a ist jedoch auch
so konzipiert und angeordnet, dass die axialen Endwände des
Raumes 109, die im Allgemeinen einen empfindlichen Bereich
hydroelastischer Gelenke darstellen, nicht beschädigt werden.
-
Bei
einer relativen Verschiebung der Mäntel 101 und 102,
die durch die Belastung F erzeugt wird und die eine Verringerung
des Volumens in der Kammer 117a erzeugt, drückt die
Erhöhung 118a mittig auf
den Bogen 33, sodass dieser elastisch in Richtung der Oberfläche 110 gebogen
wird. Das Bauteil 4a wird so gebogen, dass die seitlichen
Flügel 32a und 32b sich
aufeinander zu bewegen, wobei sie um die Kröpfungen 34a und 34b schwenken,
wobei diese Schwenkachsen bilden und gegebenenfalls, leicht entlang
der Oberfläche 110 gleiten
kommen. Das Schwenken der seitlichen Flügel 32a und 32b erzeugt
eine Klemmkraft, die in der 3 durch
den Pfeil S dargestellt ist und den Öffnungsdruck der Ventillippen 116a und 116b erhöht.
-
Gleichzeitig
wird beim Schwenken der seitlichen Flügel 32a und 32b nach
Innen der Querschnitt der Resonanzkanäle 126a und 126b erhöht, außer in dem
Bereich ihrer Eingänge,
die durch die Öffnungen 36a und 36b begrenzt
werden. Diese Änderung
der Gestalt hat den Effekt, dass die Resonanzfrequenz der Resonanzkanäle erhöht wird.
-
Die 11 zeigt
in einer Teilansicht eine alternative Ausführung der oben genannten ersten
Variante, in der die an dem Bauteil 4a angeordneten Lippen 116a und 116 entfernt
wurden und durch Ventillippen ähnlich
der Lippen 16a und 16b, dargestellt in 2,
ersetzt wurden, die an den Ansätzen
des elastisch verformbaren Elementes 106 angeordnet sind.
Die 11 stellt eine Ventillippe 316b dar,
die an dem Ansatz 115b und mit der eingebetteten Verstärkung 107 vergossen
ist. Die andere Lippe kann entsprechend ausgebildet sein.
-
Im
Folgenden wird nun eine zweite Variante des zweiten Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die 5 und 6 beschrieben.
In dieser Variante sind die Ventillippen an den Ansätzen 115a und 115b angeordnet
und ihre Klemmung in Ruhelage wird gemäß den gleichen Kriterien wie
in dem ersten Ausführungsbeispiel
eingestellt.
-
In
der zweiten Variante weist das Bauteil 4b ein metallisches,
im Wesentlichen rechteckiges Blatt mit Wellen in Längsrichtung,
die ihm einen im Wesentlichen W-förmigen Querschnitt verleihen
und zwei gebogene seitliche Flügel 132a und 132b mit
einem zentralen Bogen 133 auf, der in dieselbe Richtung
gebogen ist und sich an die Flügel 132a und 132b im
Bereich von Kröpfungen 134a und 134b anschließt, wobei
die Kröpfungen
entgegengesetzt der Biegung des zentralen Bogens 133 gebogen
sind.
-
Die
seitlichen Flügel 132a und 132b sind schmäler als
die Flügel 32a und 32b der
ersten Variante und sind nur in einem Eingangsabschnitt der Überdruckkanäle 125a und 125b eingebracht.
Dieser Eingangsbereich weist einen variablen Bereich auf, der zwischen
dem Flügel 132a oder 132b und
einer Kante 38a oder 38b eines jeden Ansatzes 115a und 115b definiert
ist, wobei die Ansätze
eine Kante der Streifen 122a oder 122b aufweisen,
die mit einer dünnen
Schicht des Materials des elastisch verformbaren Elementes 106 überzogen
ist.
-
Bei
einer relativen Verschiebung der Mäntel 101 und 102 zueinander,
die durch die Belastung F erzeugt wird und eine Verringerung des
Volumens in der Kammer 117a hervorruft, drückt die
Erhöhung 118a mittig
auf den Bogen 133, sodass der Bogen elastisch in Richtung
der Oberfläche 110 gebogen wird.
Das Bauteil 4b verformt sich durch Gleiten der Kröpfungen 134a und 134b entlang
der Oberfläche 110,
was zu einem Schwenken der seitlichen Flügel 132a und 132b zueinander
hin führt,
sodass der Eingangsbereich der Überdruckkanäle verkleinert
wird, bis hin zu dessen kompletten Verschluss, wenn ein Endabschnitt
jedes seitlichen Flügels 132a und 132b in
einen hermetischen Kontakt mit der Kante 138a oder 138b tritt.
-
Die
Länge des
Bauteils 4b ist im Wesentlichen gleich der axialen Länge 109,
wodurch ein bestimmtes Dichtigkeitsniveau zwischen den längsseitigen
Endkanten des Blattes und den axialen Endwänden des Raumes 109 sichergestellt
wird, wobei die seitlichen Flügel 132a und 132b mit
den Kanten 38a und 38b in Kontakt stehen, sodass
sie den Eingang der Überdruckkanäle 125a und 125b seitens
der Kammer 117a hermetisch verschließen. Durch einen Ausschnitt 136a oder 136b,
der im Endbereich eines jeden seitlichen Flügels 132a und 132b vorgesehen ist,
wird ermöglicht,
dass die Resonanzkanäle
nicht verschlossen werden, wobei die Kante des Ausschnitts mit einer
Abtrennrippe zwischen dem Resonanzkanal und dem Überdruckkanal in Kontakt kommt.
-
Wie
auch in der ersten Ausführungsform
wird beim Auftreten einer statischen Belastung F, welche den inneren
Mantel 102 in Richtung der Kammer 117 verschiebt,
und wenn das Gelenk einer Vibrationsbelastung unterworfen wird,
die Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit
durch die Überdruckkanäle 125a und 125b durch
das Bauteil 4b unterbunden, indem es die Eingänge der Überdruckkanäle verschließt, sodass
die Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit
durch die Resonanzkanäle
verstärkt
wird.
-
Wenn
der innere Mantel 101 in Richtung der Kammer 117b verschoben
wird, wobei in dieser ein zweites Bauteil 4b vorgesehen
sein muss, ist selbstverständlich
eine entsprechende Funktionsweise des Gelenkes zu erwarten.
-
Nun
wird eine dritte Variante des zweiten Ausführungsbeispiels mit Bezug auf
die 7 beschrieben. In dieser Variante weist das halbstarre Bauteil 4c einen
kreisförmigen
zylindrischen Stutzen mit einem elastisch verformbaren Bereich auf,
wobei der Stutzen um das elastisch verformbare Element 106 herum
im Inneren des äußeren Mantels 101 angeordnet
ist. Die Überdruckkanäle 125a und 125b werden
durch die Scheitelflächen 123a und 123b,
an denen die Ventillippen vorgesehen sind, und die innere Oberfläche 39 des
Bauteils 4c begrenzt.
-
Das
Bauteil 4c liegt auf seiner gesamten Länge über beispielsweise vier axiale
Rippen 40 auf der inneren Oberfläche 110 auf, wobei
die axialen Rippen auf dem Umfang des Bauteils 4c gleichmäßig verteilt
sind. In dem gezeigten Beispiel sind die Positionen der axialen
Rippen bezüglich
der Dämpfungsrichtung
B um die Achse A um ungefähr
45° versetzt.
-
Auf
Höhe der
axialen Enden des Bauteils 4c sind zwei Gestaltungsvarianten
vorgesehen. In der ersten Gestaltungsform ist die Länge des
Bauteils 4c im Wesentlichen gleich der axialen Länge des
Raumes 109, wobei sich dieses ausschließlich im Inneren des Raumes 109 zwischen
den axialen Endwänden
des Raumes 109 erstreckt (Bezugszeichen 13 und 14 in 1).
Es ist also ein bestimmtes Dichtigkeitsniveau zwischen den Wanden
und den längsseitigen
Endkanten des Bauteils 4c vorgesehen, sodass der Wert der
Kurzschluss-Leckagerate, der durch die Resonanzkanäle zwischen
dem Bauteil 4c und dem äußeren Mantel 101 durchfließt, begrenzt
wird.
-
In
der zweiten Gestaltungsform ist die Länge des Bauteils 4c im
Wesentlichen gleich der axialen Länge der eingebetteten Verstärkung 107.
Die Endringe der Verstärkung 107 (Bezugszeichen 20 und 21 in 1)
sind in das Bauteil 4c eingepresst (Presspassung), anstatt
des äußeren Mantels 101.
Der äußere Mantel 101 wird
durch die Klemmung der Rippen 40 in einer das Bauteil 4c umgebenden
Position gehalten.
-
Das
Bauteil 4c ist derart konzipiert, dass es sich zumindest
auf Höhe
eines zentralen Bereiches so verformen kann, dass es unter der Schubkraft, wenn
sich die Erhöhung 118a oder 118b gegen
die Oberfläche 39 zwischen
zwei Rippen 40 abstützt, eine
ovale Form annehmen kann. Wenn das Gelenk einer statischen Belastung
mit einer Vorspannung F unterworfen ist, kann sich das Bauteil 4c auf
diese Weise elastisch biegen, sodass auf Höhe eines zentralen Bereiches
das Bauteil 4c einen im Wesentlichen elliptischen Abschnitt
einnimmt, dessen große Achse
parallel zur Dämpfungsrichtung
B ist und dessen kleine Achse der radialen Richtung der Ansätze 115a und 115b entspricht.
Deswegen übt
die Oberfläche 39 eine
höhere
Klemmkraft auf die Ventillippen aus, die durch die Pfeile S dargestellt
ist. Im Fall der zweiten, vorgenannten Gestaltungsform, sind die Endbereiche
des Bauteils 4c derart vorgesehen, dass sie weiterhin einen
dichten Kontakt mit dem verformbaren Element 6 sichern
können,
selbst wenn sich das Bauteil 4c sich in einem deformierten
Zustand befindet.
-
Wie
auch in dem ersten Ausführungsbeispiel wird,
bei Vorliegen einer statischen Belastung F, wenn das Gelenk einer
Vibrationsbelastung unterworfen wird, die Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit durch
die Überdruckkanäle 125a und 125b durch
die gesteigerte Klemmung 116a und 116b so beschränkt, dass
die Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit
durch die Resonanzkanäle
begünstigt
wird.
-
Das
Bauteil 4c muss in seiner Gesamtheit nicht notwendigerweise
eine tubusartige (stutzenförmige,
rohrförmige)
Form aufweisen, sondern kann auch einen Bereich halbtubusartiger
Form mit einem sich über
einen größeren oder
kleineren Sektorbereich erstreckenden, kreisbogenförmigen Querschnitt
aufweisen. Die 13 und 14 zeigen
in Teilansichten zwei Gestaltungsformen, die dem Bauteil 4c der
oben genannten dritten Variante entsprechen. Bei diesen Figuren
ist der innere Mantel und das verformbare Element nicht dargestellt,
da sie identisch zu der Gestaltungsform in der 7 sind.
-
In
der 13 weist das Bauteil 4c die Form eines
halbtubusförmiges
Sektors mit einem kreisförmigen
Querschnitt auf, der sich über
ungefähr
270° erstreckt.
Diese Form kann durch Entfernen der Wand zwischen zwei Rippen 40 des
tubusförmigen Bauteils 4c erzeugt
werden, das in 7 dargestellt ist. Die in Umfangsrichtung
mittlere Wand 233 des in 13 dargestellten
Bauteils 4c weist einen bevorzugten Biegebereich auf, der
gegenüber
der Erhöhung 118a,
sichtbar in 7, positioniert ist, um eine solche
Biegung des Bauteils 4c zu erzeugen, dass die Flügel 234 sich
einander unter der Einwirkung der Belastung mit der vorgenannten
Vorspannung F annähern.
Die Funktionsweise des so gestalteten Bauteils 4c ist ähnlich dem
oben beschriebenen Bauteil 4a. Bis auf den Wegfall der
zwei Rippen 40 an den freien Enden der Flügel 234 ist
die in 14 gezeigte Gestaltung des Bauteils 4c identisch.
-
Somit
bleiben nur zwei axiale Rippen 40 übrig, die sich an die Oberfläche 110 auf
beiden Seiten der mittleren Wand 233 anlehnen.
-
Der
Winkelbereich des Bauteils 4c sowie die Anzahl der Rippen 40 können größer oder
kleiner ausgewählt
werden, um die Biegsamkeit des Bauteils 4c einzustellen.
Vorzugsweise beträgt
dieser Bereich mehr als 180°,
um stets einen ausreichenden Kontakt mit den Ventillippen sicherstellen
zu können.
Die Position der Lippen kann jedoch bei entsprechender Anpassung
des Bereichs des Bauteils 4c modifiziert werden.
-
Bezug
nehmend auf 8 wird nun eine dritte Ausführungsform
der Erfindung beschrieben. Elemente, die denen der ersten Ausführungsform ähneln oder
identisch sind, tragen die gleichen Bezugszeichen, sind jedoch um
den Wert 200 erhöht
und werden nicht aufs Neue beschrieben.
-
Auf
Höhe der
Druckbereiche der Enden der Ventillippen 216a und 216b weist
der äußere Mantel 201 beispielsweise
kreisförmige Öffnungen
auf, in denen nachgiebige Membranen 4la und 41b,
beispielsweise durch Ankleben, dichtend fixiert sind. Eine weitere,
mit einer Membran 41c versehene Öffnung ist gegenüber der
Erhöhung 218a in
der radialen Richtung B vorgesehen. Koaxial um den äußeren Mantel 201 ist
ein zusätzlicher,
zylindrischer Mantel 42 vorgesehen, der mittels eines zweiten
elastischen Elements 43, beispielsweise einer Elastomerschicht, fixiert
ist. In dem Material des zweiten elastischen Elements 43 ist
zwischen den Mänteln 201 und 42 ein
geschlossener Kreislauf 46 ausgebildet, der mit einer schwer
komprimierbaren Flüssigkeit
befüllt
ist, beispielsweise mit Dämpfungsflüssigkeit
oder einer anderen Flüssigkeit
oder einem Gas, und der hinter jeder der Membranen 41a, 41b und 41c ein
Flüssigkeitsreservoir 44a, 44b und 44c aufweist.
Darüber
hinaus sind zwei Verbindungsleitungen 45a und 45b vorgesehen,
die jeweils das Reservoir 44c mit den Reservoiren 44a und 44b verbinden.
-
Bei
einer hinreichenden Verschiebung der Mäntel 201 und 202,
die durch eine Belastung F erzeugt wird und in einer Richtung wirkt,
die zu einer Verringerung des Volumens der Kammer 217a führt, kommt
die Erhöhung 218a auf
der Membran 41c zum Aufliegen, sodass das Volumen in dem
Reservoir 44c reduziert wird. Dabei fließt Flüssigkeit
durch die Verbindungsleitungen 45a und 45b bis
zu den Reservoirs 44a und 44b, was zu einer Ausdehnung
der Membranen 41a und 41b in das Innere des äußeren Mantels 201 führt. Dadurch
wird eine durch die Pfeile S dargestellte Klemmkraft erzeugt, die
auf die Ventillippen 216a und 216b wirkt.
-
Wie
auch in der ersten Ausführungsform
wird beim Vorliegen einer statischen Belastung F, wenn das Gelenk
einer Vibrationsbelastung unterworfen wird, die Zirkulation der
Dämpfungsflüssigkeit
durch die Überdruckkanäle 225a und 225b durch
den Anstieg der Klemmung der Ventillippen 216a und 216b begrenzt,
sodass eine Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit
durch die Resonanzkanäle
begünstigt wird.
-
In
allen Ausführungsformen
ist das Vorliegen von Resonanzkanälen, die die Flüssigkeitskammern permanent
miteinander verbinden, nicht zwingend erforderlich, da, obwohl unterschiedlich,
eine hinreichende Dämpfung
erzielt werden kann, indem der gesamte Durchsatz der Flüssigkeit
durch die einzigen Überdruckkanäle fließt, wobei
die Größe der Überdruckkanäle und,
falls notwendig, der Öffnungsdruck
der Ventillippen geeignet eingestellt werden. Beispielsweise kann
in der Ruheposition ein leichtes Spiel zwischen jeder Ventillippe
und der gegenüber liegenden
Wand oder ein nachgiebiger Ausgleich der Ventillippen vorgesehen
sein.
-
In
allen Ausführungsformen
ist das Vorhandensein von Ventillippen nicht unerlässlich.
Insbesondere wenn eine geringere Dämpfung bei niedrigen Frequenzen
hinnehmbar ist, ist es weder notwendig Ventillippen noch Resonanzkanäle, die
von den Überdruckkanälen getrennt
sind, vorzusehen. Ohne Vorspannung bieten die Überdruckkanäle der Flüssigkeit einen permanenten
Durchfluss zwischen den zwei Kammern. Unter einer Vorlast erlauben
jedoch die beschriebenen Ausführungsformen
die Verengung des Bereiches der Überdruckkanäle mit variablem
Querschnitt und damit eine Erhöhung
der Lastverluste in den Überdruckkanälen mit
dem Effekt einer Verbesserung der Vibrationsdämpfung.
-
Ein
Beispiel einer Ausgestaltung eines hydroelastischen Gelenkes ohne
Ventillippen und ohne Resonanzkanäle kann durch entsprechende
Abänderung
des in 5 gezeigten Ausführungsbeispiels erzeugt werden.
In diesem Fall ist es sinnvoll, die Ausschnitte 136a und 136b nicht
vorzusehen. Bei Vorliegen einer statischen Belastung F, die den
inneren Mantel 102 in Richtung der Kammer 117a verschiebt,
und wenn das Gelenk einer Vibrationsbelastung unterworfen wird,
wird die Zirkulation der Dämpfungsflüssigkeit
durch Überdruckkanäle 125a und 125b gehindert,
da das Bauteil 4b die Eingänge der Überdruckkanäle verschließt, sodass
die Dämpfung verbessert
wird.
-
Wenn
Ventillippen vorgesehen sind, können diese
in radialer Richtung eine gerade Form aufweisen. Die 12 zeigt
eine solche Ventillippe 14b in einer Teilansicht, die in
einer alternativen Ausgestaltung der in der 5 gezeigten
Ausführungsform verwendet
wird. Die Lippe 416b ist auf der eingebetteten Verstärkung 107 geformt
und erstreckt sich in radialer Richtung zur Oberfläche 110 des äußeren Mantels 101.
-
Obwohl
die Erfindung mit Bezug auf mehrere besondere Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist es ersichtlich, dass sie in keinster Weise
hierauf beschränkt
ist, und dass die Erfindung alle technischen Äquivalente der beschriebenen
Mittel umfasst, soweit deren Kombinationen unter die beanspruchte Erfindung
fallen.