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Die Erfindung betrifft hydraulische
Antischwingungsvorrichtungen, die zum Zwecke der
Dämpfung und der Verbindung, sogar der Abstützung für
den Einbau zwischen zwei starren Elementen, wie dem
Chassis eines Fahrzeuges und dessen Motor vorgesehen
sind.
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Insbesondere betrifft die Erfindung derartige
Antischwingungsvorrichtungen, die aus folgenden Teilen
bestehen:
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- einer starren, ringförmigen Armatur und einem
starren, koaxial zu dieser angeordneten Fußstück,
die an dem einen bzw. anderen der zu verbindenden
starren Elemente befestigbar sind,
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- einer ringförmigen Federung aus elastomerem
Material mit der Achse X, die gegenüber
Druckbelastungen in axialer Richtung
widerstandsfähig und zwischen der Armatur und
dem Fußstück angeordnet ist,
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- einer flexiblen und dichten Membran, die durch
die Armatur gehalten wird und mit dieser und
einem zweiten dichten, biegsamen Organ einen
Raum begrenzt,
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- einer dazwischen liegenden, starren Trennwand,
die durch die Armatur gehalten wird und das
Innere des Hohlraumes in zwei Kammern, eine
Arbeitskammer auf der Seite der Federung und
eine Kompensationskammer unterteilt,
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- einem verengten Durchgang, der die beiden Kammern
dauernd miteinander verbindet und
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- einer flüssigen Masse L, die in den beiden Kammern
und dem verengten Durchgang vorhanden ist.
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Es ist bekannt, daß bei einer solchen Vorrichtung,
wenn Schwingungen mit relativ großer Amplitude (im
allgemeinen oberhalb 0,5 mm) und verhältnismäßig
geringer Frequenz (allgemein in der Größenordnung von
5 bis 20 Hz) auf diese Armaturen in der Richtung X
einwirken, die Flüssigkeit über den verengten Durchgang
aus einer der beiden Kammern in die andere gedrückt
wird und umgekehrt, wobei die verdrängte Flüssigkeit
in Resonanz gebracht wird, wenn die Frequenz der
Schwingungen einen vorgegebenen Wert, der von dem
Verhältnis zwischen der axialen Länge und dem
Querschnitt des verengten Durchgangs abhängig ist,
erreicht; diese Resonanz stellt eine ausgezeichnete
Dämpfung der betreffenden Schwingungen sicher.
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Die Erfindung betrifft insbesondere
Antischwingungsvorrichtungen dieser Art, bei denen
einerseits das Fußstück die Form eines in Querrichtung
gegenüber einem mittleren Fuß vorstehenden Flansches
hat und andererseits die ringförmige Armatur eine
starre Scheibe enthält, durch die der Fuß
hindurchgeführt ist und deren Öffnung zu klein ist, um
den Flansch in axialer Richtung hindurchtreten zu
lassen.
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Derartige Vorrichtungen haben den großen Vorteil, daß
sie nicht durch axiale Beanspruchung infolge des
Anschlagens des Flansches an dem Rand der Scheibe
zerstört werden können.
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Jedoch läßt sich bei bestimmten Vorrichtungen dieser
Art das Auftreten eines unerwünschten hydraulischen
Effektes nicht vermeiden, der auf den direkten Kontakt
zwischen der Flüssigkeit und der Federung aus
elastomerem Material zurückzuführen ist (siehe
FR-A-2 555 272).
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Darüber hinaus ist bei einer derartigen Vorrichtung die
Menge der Flüssigkeit, die in den verengten Durchgang
während des Betriebs der Vorrichtung zurückgedrückt
wird, direkt an die für die Federung aus elastomerem
Material benutzte Form gebunden, da eine Oberfläche
dieser Federung einen Teil der Arbeitskammer direkt
begrenzt; ferner muß die Federung aus elastomerem
Material absolut flüssigkeitsdicht sein und in einer
absolut dichten Weise mit der Armatur und dem Fußstück,
die sie verbindet, befestigt sein.
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Dadurch ergeben sich bestimmte Anforderungen an die
Auswahl der Federung.
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Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht
vor allem darin, Dämpfungseinrichtungen der
beschriebenen Art so auszubilden, daß die oben
beschriebenen Schwierigkeiten vermieden werden, d. h.
daß gleichzeitig sowohl unerwünschte hydraulische
Effekte unterdrückt werden und eine größere Freiheit in
der Auswahl der Form und des Materials für die Federung
gewährleistet sind.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch eine
Antischwingungsvorrichtung mit den Merkmalen des
Hauptanspruches, gemäß dem erfindungsgemäß vorgesehen
ist, daß das zweite biegsame, dichte Organ ein Balg
ist, der unabhängig von der Federung ist und dessen
Steifigkeit in axialer Richtung vernachlässigbar ist
und daß der Umfang des Flansches über wenigstens einen
Abschnitt des Balges dicht mit der ringförmigen Armatur
verbunden ist.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sehen das
eine und/oder andere der folgenden Merkmale vor:
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- die Federung ist konisch und so ausgerichtet, daß
sie zum Mittelpunkt der Vorrichtung konvergiert,
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- der Balg besteht aus einem elastomeren Material,
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- der Balg besteht aus einem wasserdicht gemachten
Tuch,
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- die Federung besteht aus einem elastomeren Körper,
der mit einer durchgehenden Durchbrechung versehen
ist und
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- der Raum, der aus den beiden Kammern gebildet wird,
ist ringförmig und von einer Schraube durchdrungen,
die ihrerseits dazu dient, den Fuß und den Flansch
miteinander zu verbinden, wobei der Balg den Rand
des Flansches mit dem inneren bzw. äußeren Rand der
Zwischentrennwand, die ebenfalls ringförmig ist,
verbindet.
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Außer diesen hauptsächlichen Vorrichtungen betrifft die
Erfindung bestimmte weitere Anordnungen, die
vorzugsweise gleichzeitig benutzt und im folgenden
näher erläutert werden. Zwei bevorzugte
Ausführungsformen der Erfindung, auf die diese nicht
beschränkt ist, werden unter Bezugnahme auf die
Zeichnung beschrieben.
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Die Figuren 1 und 2 zeigen jeweils in einem axialen
Schnitt zwei hydraulische Antischwingungsvorrichtungen
gemäß der Erfindung.
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Die Antischwingungsvorrichtung, die auf Fig. 1
dargestellt ist, besteht aus folgenden Teilen:
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- einer starren, ringförmigen Armatur 1 mit der
senkrechten Achse X und einem koaxialen Fußstück 2,
die jeweils an den beiden starren Elementen
anbringbar sind, die aneinander bei Dämpfung der
gegenseitigen Schwingungen befestigt werden sollen,
wobei die Elemente beispielsweise Teil eines
Chassis bzw. eines Verbrennungsmotors oder der
Radaufhängung eines Kraftfahrzeuges sind,
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- einer konischen Federung 3 aus elastomerem
Material, die in senkrechter Richtung zwischen der
Armatur 1 und dem Fußstück 2 eingesetzt ist,
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- einer flexiblen und dichten Membran 4, die dicht an
der Armatur 1 so angebracht ist, daß sie mit dieser
und der Federung 3 einen Hohlraum bildet,
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- einer dazwischen liegenden, starren Trennwand 5,
die durch die Armatur 2 gehalten wird und den
Innenraum des erwähnen Hohlraumes in zwei Kammern,
eine Arbeitskammer A auf der Seite der Federung 3
und andererseits einer Kompensationskammer B
unterteilt, und
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- einem verengten Durchgang 6, der in der Trennwand 5
ausgenommen ist und die beiden Kammern A und B
dauernd miteinander verbindet.
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Die ringförmige Armatur 1 hat bei dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel die Form einer zylindrischen
Hülse, deren oberes Ende radial durch einen äußeren,
horizontalen Kragen 7 verlängert ist.
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Die Basis dieser Hülse ist konisch verengt und nach
innen durch eine in die Basis eingelegte starre
Scheibe 8 verlängert.
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Das Fußstück 2 hat die allgemeine Form eines
zylindrischen Ansatzes mit der Achse X dessen Kopf 9,
der kegelstumpfartig erweitert ist, sich im Mittelpunkt
der Vorrichtung befindet.
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In der Basis dieses Ansatzes ist axial eine
Gewindebohrung 10 ausgenommen, die zur Aufnahme eines
Schraub- oder Befestigungsbolzens dient.
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Die konische Federung 3 verbindet die konische, innere
Oberfläche des unteren Abschnittes der Hülse 1 mit der
konischen, äußeren Fläche des Kopfes des Fußstückes 2.
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Mit anderen Worten hat die Federung eine zum Inneren
der Abstützung einspringende, zu ihrem Mittelpunkt
konvergierende Form.
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Darüber hinaus ist der Kopf 9 des Fußstückes 2 radial
mittels eines Flansches 11 mit kreisförmigem Umriß
verlängert, wobei erfindungsgemäß der Umfang des
Flansches 11 dicht mit der dazwischen liegenden
Trennwand 5 über einen dichten und biegsamen Balg 12
verbunden ist, der eine geringe Widerstandsfähigkeit
gegen axiale Deformierung aufweist.
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Der Abschnitt der dazwischen liegenden Trennwand 5, mit
dem der Balg 12 verbunden ist, ist vorteilhafterweise
der Umfang der Trennwand.
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Der Abschnitt könnte aber auch in einem dazwischen
liegenden Abschnitt dieser Trennwand angeordnet sein
und dann beispielsweise einen Durchmesser haben, der
gleich dem äußeren Durchmesser des Flansches ist, wobei
der Balg 12 auch ein Profil haben kann, das die äußere
Form einer Ringfläche hat.
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Die Verbindung zwischen dem Balg 12 und der dazwischen
liegenden Trennwand 5 könnte auch in einem mittleren
Bereich dieser Trennwand angeordnet sein, wobei der
Balg dann die Form eines Sackes mit zum Fuß hin
geschlossenem Rand und mit einem Boden hat, durch den
ein Ende des verengten Durchganges 6 hindurchtritt.
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Der Balg 12 besteht insbesondere aus elastomerem
Material, das gegebenenfalls verstärkt ist, oder auch
aus undurchlässigem Leinen.
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Die innere Trennwand 5 besteht aus einem horizontalen
Kragen, der nach innen zu einen zylindrischen Ring 13
verlängert, der dicht in die Hülse 1 eingesetzt ist.
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In an sich bekannter Weise ist der enge Durchgang gemäß
einem Kreisbogen mit der Achse X in dem Kragen 5
ausgenommen und mündet an seinen beiden Enden an
jeweils einer der beiden Oberflächen des Kragens.
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Das von der Kammer B eingenommene Volumen, der verengte
Durchgang 6 und der Abschnitt A&sub1; der Kammer A, die
durch die Trennwand 5, den Flansch 11 und den Balg 12
begrenzt wird, sind mit einer Dämpfungsflüssigkeit L,
beispielsweise Wasser, dem ein Frostschutzmittel
zugesetzt ist, gefüllt.
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Eine derartige Vorrichtung wird dazu benutzt, die
Schwingungen, die an der Armatur gemäß der Achse X in
bezug auf das Fußstück 2 auftreten, zu ermöglichen und
diese Schwingungen zu dämpfen, wenn ihre Frequenz
ausreichend niedrig ist, insbesondere zwischen 5 und
12 Hz, und wenn ihre Amplitude ausreichend hoch ist,
nämlich oberhalb 0,5 mm liegt.
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Während der Druckphase jedes Zyklus, d. h. dem
Auftreten eines sinkenden Druckes an dem Fußstück 2 in
bezug auf die Armatur 1 gemäß dem Pfeil F unter der
Einwirkung insbesondere des Gewichtes einer an dem
Fußstück 2 aufgehängten Belastung, komprimiert sich
die Federung 3 und ein Teil des Flüssigkeitsvolumen L,
das in der Kammer B vorhanden ist, wird in die
Unterkammer A&sub1; über den Durchgang 6 zurückgedrückt, was
zu leichten Deformationen durch Biegung der Membran 4
und des Balges 12 führt.
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Während der folgenden Entspannungsphase dehnt sich die
Federung 3 aus und der oben erwähnte Teil des
Flüssigkeitsvolumens strömt aus der Unterkammer A&sub1; in
die Kammer B über den Durchgang 6.
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Diese Hin- und Herbewegung eines kleinen
Flüssigkeitsvolumens in dem Durchgang 6 erfolgt im
Rhythmus der zu dämpfenden Schwingungen und führt
bei einer gegebenen Frequenz fo dieser Schwingungen
entsprechend einer gegebenen Dimensionierung des
Durchgangs 6 -- und genauer gesagt einem gegebenen
Wert des Verhältnisses zwischen der Länge dieses
Durchganges und seiner mittleren Breite oder
"fiktivem Durchmesser" -- in dem kleinen zur Rede
stehenden Volumen zu einem Resonanzeffekt, der die
Dämpfung der Schwingungen hervorruft.
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Auf der Figur ist auch ein bewegliches Ventil 14
dargestellt, das in der dazwischen liegenden
Trennwand 5 befestigt ist, die bei der dargestellten
Ausführungsform einen starren Rahmen bildet, der das
Ventil so umschließt, daß die Amplitude seiner
Schwingungen auf einen niedrigen Wert, im allgemeinen
in der Größenordnung von 0,5 mm, begrenzt wird.
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Bekanntlich ermöglicht die Anwesenheit des Ventils 11
zwischen den beiden Kammern A&sub1; und B -- das ersetzt
werden könnte durch eine dichte flexible Membran,
die dicht mit dem Rest der Trennwand 5 verbunden
ist, -- die Dämpfung der Übertragung der Schwingungen
der Armatur 1 mit kleiner Amplitude (unterhalb 0,5 mm)
und relativ erhöhter Frequenz (im allgemeinen oberhalb
20 Hz) auf die Fußstütze 2 und umgekehrt.
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Die Federung 3 ist völlig unabhängig von dem Balg 12,
wodurch es möglich ist, die beiden Funktionen der
Abstützung oder gegenseitigen elastischen Zentrierung
der Armatur 1 und der des Fußstückes und das
Einschließen der Dämpfungsflüssigkeit L vollständig
zu trennen.
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Aus diesem Grunde kann die Federung 3 mit Zellen oder
sogar mit Öffnungen versehen sein, die sie, wie bei 15
ersichtlich, durchdringen, da die Dichtigkeit hier
nicht mehr erforderlich ist.
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Öffnungen 16 könnten auch in dem Abschnitt der
zylindrischen Hülse 1 ausgenommen sein, die die
Unterkammer A&sub2; umgeben, die durch die Federung 3, den
Umfang des Flansches 11, den Balg 12 und den erwähnten
Abschnitt so begrenzt wird, daß die Kammer A&sub2; mit der
Atmosphäre in Verbindung steht.
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Unabhängig von der gewählten Ausführungsform
erhält man schließlich eine hydraulische
Antischwingungsvorrichtung, deren Aufbau und Funktion
vorstehend ausreichend beschrieben wurden.
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Diese Vorrichtung weist insbesondere die folgenden
Vorteile verglichen mit bekannten Vorrichtungen dieser
Art auf:
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- Die Unterdrückung von unerwünschten hydraulischen
Störerscheinungen, die früher bei direktem Kontakt
der Dämpfungsflüssigkeit mit einer Oberfläche der
Federung aus elastischem Material und beim
Eintauchen des Fußstückes in diese Flüssigkeit
auftreten konnten, was insbesondere dazu führt, daß
die dynamische Steifigkeit der Abstützung sowohl
in axialer als auch in radialer Richtung bei
verhältnismäßig erhöhten Frequenzwerten der zu
dämpfenden Schwingungen verringert wird, und
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- die Unabhängigkeit zwischen den beiden Funktionen
der Elastizität und des Abdichtungsvermögens für
die Flüssigkeit.
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Diese Unabhängigkeit ermöglicht neue Konstruktionen und
erlaubt es insbesondere, die Federung aus einem für
flüssige Medien durchlässigen Element, wie z. B. einem
Körper aus durchbrochenem, elastomerem Material,
herzustellen. Sie macht es ferner möglich, für die
Federung ein Material zu verwenden, das
widerstandsfähig gegen erhöhte Temperaturen ist.
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Bei der auf Fig. 2 dargestellten Ausführungsform der
Erfindung sind die Teile, die mit denen vergleichbar
sind, die bereits im Zusammenhang mit Fig. 1
beschrieben wurden, mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die Vorrichtung unterscheidet sich im wesentlichen von
der vorhergehenden dadurch, daß sie eine allgemein
ringförmige Konstruktion aufweist, die es gestattet,
mit Hilfe von Schraubverbindungen von oben sämtliche
Befestigungen vorzunehmen, d. h. beispielsweise sowohl
die Befestigung der ringförmigen Armatur an dem Chassis
eines Fahrzeuges als auch die Befestigung des mittleren
Fußstückes an dem Motor eines Kraftfahrzeuges auch wenn
er unterhalb aufgehängt ist.
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Zu diesem Zweck enthält die ringförmige Armatur
nicht nur eine zylindrische, äußere Hülse, die durch
einen Kragen oder eine Befestigungsplatte 7
verlängert ist, sondern auch einen zylindrischen,
inneren koaxialen Ring 17, der innen die dazwischen
liegende Trennwand 5, die ebenfalls ringförmig ist,
begrenzt.
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Der innere Durchmesser dieses Ringes 17 reicht aus, um
einen Durchgang für eine Befestigungsschraube 18 (siehe
weiter unten) und ein Werkzeug zum Anziehen dieser
Schraube frei zu lassen.
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Die Membran 4 ist auch ringförmig, ebenso wie die
Kompensationskammer B. Das gleiche gilt auch für die
andere Kammer A, die hier durch die ebenfalls
ringfömige Trennwand 5 und durch einen ringförmigen
dichten Balg 19 begrenzt wird, der dicht an einem
inneren und einem äußeren Rand der Trennwand befestigt
ist.
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Dieser Balg hat eine schwache Widerstandsfähigkeit
gegen axiale Deformation und spielt so die Rolle der
Membran 12 der vorstehend erwähnten Ausführungsform.
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Das axiale Ende oder die Basis des Balges 19, das am
weitesten von der Trennwand 5 entfernt ist, stützt sich
axial an dem Rand des Fußstückes 11 ab.
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Das Fußstück besteht hier aus einer Scheibe, die mittig
mit einer Bohrung versehen ist und insbesondere durch
Anziehen der mittleren Befestigungsschraube 18 mit
einem zylindrischen, mittleren Fußstück 2 verbunden
ist, das eben oder hohl sein kann und seinerseits an
dem starren aufzuhängenden Element befestigt ist.
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Es ist darauf hinzuweisen, daß bei dieser
Ausführungsform die Befestigung zwischen dem Fußstück 2
und dem Flansch 11, der dieses verlängert, nicht
vorgenommen wird, wenn die Abstützung demontiert ist,
sondern während der Montage der Abstützung und während
der gesamten Lebensdauer aufrechterhalten bleibt.
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Die Federung 3, die ebenfalls axial zwischen einem
starren, eingezogenen Sattel 8, der Teil der Armatur 1
ist, und dem Flansch 11 eingesetzt ist, hat hier die
Form eines Pilzes und ist mit einer axialen
zylindrischen Bohrung versehen, in die das Fußstück 2,
gegebenenfalls mit leichtem radialen Spiel, eingesetzt
wird.
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Die Funktion der dämpfenden Abstützung entspricht
vollkommen der der vorstehend beschriebenen
Ausführungsform: die Funktionen der elastischen
Abstützung und der Dichtigkeit werden durch zwei Teile
übernommen, die mit dem Flansch 11 verbunden und völlig
unabhängig voneinander sind (Federung 3 und Balg 12).
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Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen
Ausführungsformen beschränkt; sie umfaßt vielmehr alle
Änderungen, insbesondere solche, bei denen die runde
Scheibe 8, die mit dem Flansch 11 bei Beanspruchungen
in axialer Richtung zusammenwirken kann, axial in der
Nähe des Fußes statt axial außerhalb der Federung 3
angeordnet ist.