DE69300599T2

DE69300599T2 - Hydroelastisches Lager.

Info

Publication number: DE69300599T2
Application number: DE1993600599
Authority: DE
Inventors: Fol Marcel Le; Pascal Robic
Original assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Current assignee: Automobiles Peugeot SA; Automobiles Citroen SA
Priority date: 1992-02-10
Filing date: 1993-01-19
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2013-01-20
Also published as: EP0556076B1; FR2687202A1; EP0556076A1; DE69300599D1; FR2687202B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydroelastisches Lager zur Anordnung zwischen zwei Einheiten zum Aufhängen der einen relativ zur anderen.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Lager zur Aufhängung eines Motors in einem Kraftfahrzeug.
Ziel der Erfindung ist es, eine Verbesserung eines säulenförmigen Lagers vorzuschlagen, das die folgenden Bestandteile umfaßt, welche hintereinander in der Hauptbelastungsrichtung des Lagers angeordnet sind: eine obere Armierung, eine Masse aus elastomerem Material, die mit der oberen Armierung verbunden ist, eine Arbeitskammer, die seitlich mindestens teilweise von der Masse aus elastomerem Material begrenzt wird, eine untere Trennwand, die die Arbeitskammer begrenzt, eine Expansionskammer, die von der unteren Trennwand und von einer unteren elastischen Membran begrenzt wird, und eine untere Armierung, die mit der Masse aus dem elastomeren Material verbunden ist, wobei die Arbeits- und Expansionskammern mindestens teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt und über mindestens einen Verbindungskanal miteinander verbunden sind (DE-A-3 618 767)
Ein solcher Typ eines hydroelastischen Lagers kann auch ein Klappenventil aufweisen. Eine derartige Anordnung entspricht beispielsweise der in der FR-A-2 467 724 beschriebenen Anordnung, die ein elastisches Lager betrifft, das zugleich ein gutes Filtern von Vibrationen mit hoher Frequenz und geringer Amplitude, die von einem Motor des Kraftfahrzeuges stammen, und eine gute Dämpfung von Vibrationen mit niedriger Frequenz und großer Amplitude zwischen dem Motor und der Karosse des Fahrzeuges sicherstellt.
Der Verbindungskanal und das Klappenventil sind beispielsweise in der Form einer Einheit verwirklicht, die die untere Trennwand der Arbeitskammer bildet, welche zwei Scheiben aufweist, die auf ihren gegenüberliegenden Seiten so ausgebildet sind, daß ein Kanal mit großer Länge relativ zu seinem Querschnitt und Lagersitze für eine bewegliche Wand aus einem Elastomer, die das zwischen die Scheiben mit seinem mittleren Teil eingeschaltete Klappenventil bildet, ausgebildet werden. Die bewegliche Wand, die verformbar zwischen den Scheiben angeordnet ist, ermöglicht das Filtern von Vibrationen mit geringer Amplitude und erhöhter Frequenz.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Steifigkeit eines derartigen Lagertyps, mit oder ohne Klappenventil, in Abhängigkeit von Belastungen zu reduzieren, die vom Motor stammen und in einem Frequenzbereich liegen, der sich insbesondere zwischen 100 Hz und 500 Hz befindet.
Eine derartige Reduktion der Steifigkeit ist in diesem Frequenzbereich wünschenswert, weil hierin bei den bekannten Ausführungsformen von hydroelastischen Lagern Versteifungsphänomene auftreten, die auf diverse Resonanzarten zurückzuführen sind, die beispielsweise durch das Verhalten der Masse aus dem elastomeren Material und des Klappenventils und in bestimmten Fällen auf die Wirkungen von unerwünschten Säulen zurückzuführen sind.
Zur Vermeidung dieser Nachteile schlägt die Erfindung ein hydroelastisches Lager der vorstehend beschriebenen Art vor, das dadurch gekennzeichnet ist, daß es eine einzige dichte Ergänzungskammer aufweist, die zumindest teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, mindestens teilweise die Masse aus dem elastomeren Material umgibt und in Radialrichtung nach innen mindestens teilweise von der Außenwand der Masse aus dem elastomeren Material begrenzt wird.
Gemäß weiteren Merkmalen der Erfindung:
- ist die Masse aus dem elastomeren Material rotationssymmetrisch um eine Achse ausgebildet, die im wesentlichen der Hauptbelastungsrichtung des Lagers entspricht, und ist die Ergänzungskammer eine Ringkammer;
- erstreckt sich der Teil der Außenwand der Masse aus dem elastomeren Material in Axialrichtung zwischen einem Teil der oberen Armierung, mit dem die Masse aus dem elastomeren Material verbunden ist, und der unteren Armierung;
- wird die Ergänzungskammer in Radialrichtung nach außen von einer seitlichen zylindrischen Trennwand begrenzt;
- erstreckt sich die seitliche Trennwand in Axialrichtung bis auf eine Höhe, die über der des Teiles der Außenwand der Masse aus dem elastomeren Material liegt;
- umfaßt die seitliche Trennwand eine schalenförmige Abdeckung aus elastomerem Material, die einstückig mit der Masse aus dem elastomeren Material ausgebildet und durch eine zylindrische Verstärkungshülse verstärkt ist,
- ist die Ergänzungskammer an ihrem oberen Teil durch eine elastische Membran geschlossen, die einstückig mit der Masse aus dem elastomeren Material ausgebildet ist;
- ist der freie Rand der elastischen Verschlußmembran in abgedichteter Weise durch einen umgebördelten Rand der zylindrischen Verstärkungshülse festgepreßt;
- ist der Teil der oberen Armierung, mit dem die Masse aus dem elastomeren Material verbunden ist, schalenförmig ausgebildet;
- weist die obere Armierung einen oberen Teil, der mit einer der beiden Einheiten zum Aufhängen verbunden ist, und einen unteren Teil auf, mit dem die Masse aus dem elastomeren Material verbunden ist, wobei die beiden Teile über einen Block aus elastomerem Material miteinander verbunden sind;
- besitzt der Block aus elastomerem Material eine im wesentlichen zylindrische Form und erstreckt sich in Axialrichtung zwischen der sich gegenüberliegenden unteren und oberen Fläche des oberen und unteren Teiles der oberen Armierung;
- ist der obere Teil der oberen Armierung eine Platte, die sich in einer Ebene erstreckt, die mit dem oberen Rand der Ergänzungskammer übereinstimmt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden durch das Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen deutlich. Hiervon zeigen:
Figur 1 einen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten hydroelastischen Lagers;
Figur 2 ein Diagramm, das die Veränderungen der übertragenen Belastungen in Abhängigkeit von der Belastungsfrequenz zeigt und eine Darstellung der erfindungsgemäß erreichten Vorteile ermöglicht.
Man erkennt in Figur 1 ein hydroelastisches Lager 10, das allgemein als Rotationskörper um eine Achse X-X ausgebildet ist, welche sich im wesentlichen in der Hauptbelastungsrichtung des Lagers 10 erstreckt.
In der nachfolgenden Beschreibung werden die Begriffe oben und unten verwendet, und zwar in bezug auf die vertikale Position des in Figur 1 dargestellten Lagers. Dies dient zur Vereinfachung der Beschreibung, stellt jedoch in keiner Weise eine Beschränkung in bezug auf die Verwendung des Lagers, insbesondere in bezug auf dessen tatsächliche Anordnung im Kraftfahrzeug, dar.
Das Lager 10 besitzt eine obere Armierung 12, die mit einer unteren Armierung 16 über eine Masse 18 aus elastomerem Material verbunden ist.
Die untere metallische Armierung 16 dient beispielsweise zur Verbindung mit einer Struktur der Karosse eines Kraftfahrzeuges über Schraubverbindungen (nicht gezeigt), die von Bohrungen 20 aufgenommen werden, welche im unteren Radialflansch 22 der unteren Armierung 16 ausgebildet sind.
Die obere Armierung 12 weist einen oberen Teil 24 und einen unteren Teil 26 auf, die über einen Block 28 aus elastomerem Material miteinander verbunden sind.
Der obere Teil der oberen Armierung 12 ist eine Metallplatte 24, an der sich der Gewindeschaft eines Schraubverbindungsorgans 30 abstützt, das eine Befestigung des Lagers beispielsweise an der Triebwerksanlage eines Fahrzeuges ermöglicht.
Der untere Teil 26 ist eine tiefgezogene Blechschale, die ein Rotationsprofil aufweist, welches an der Achse X-X zentriert ist.
Der Block 28 aus elastomerem Material, der die Unterseite 32 des oberen Teiles in Form der Platte 24 mit der oberen konvexen Wand 34 der tiefgezogenen Blechschale 26 verbindet, ist durch Formen um die Schale 26, die praktisch vollständig im elastomeren Material eingelassen ist, einstückig mit der Masse 28 aus elastomerem Material ausgebildet.
Die Masse 18 aus elastomerem Material ist allgemein als Rotationskörper um die Achse X-X in kegelstumpfartiger Ringform ausgebildet. Ihr oberes Ende ist durch Kleben an der unteren konkaven Wand 36 der Schale 26 der unteren Armierung 12 befestigt.
Die Ringwand mit großer Dicke der Nasse 18 aus dem elastomeren Material erstreckt sich in Axialrichtung nach unten, und ihr unteres Ende 38 ist auf den ringförmigen oberen Wulst 40 der unteren Armierung 16, der die Form-eines zylindrischen ringförmigen Tiefziehteiles besitzt, aufgeformt.
Der Wulst 40 ist in Axialrichtung nach unten über einen unteren zylindrischen Abschnitt 42 der Armierung 16 verlängert, der eine untere Trennwand 44 aufnimmt.
Die untere Trennwand 44 besitzt einen Aufbau, wie er beispielsweise aus der FR-A-2 467 724 bekannt ist, und bildet eine Säulen- 46 und Ventilkassette 48.
Die Kassette 44 ist über einen zylindrischen Ring 50 positioniert, der in die Innenbohrung des unteren zylindrischen Abschnittes 42 gepreßt ist.
Eine untere elastische Membran 52 aus elastomerem Material ist an den unteren Ring 50 geformt.
Die Innenwand 54 der Masse aus dem elastomeren Material und die Oberseite 56 der Trennwand 44 begrenzen eine Arbeitskammer, die über die Säule 46 mit einer Expansionskammer B in Verbindung steht, welche von der Unterseite 58 der unteren Trennwand 44 und von der elastischen Membran 52 begrenzt wird.
Erfindungsgemäß weist das hydroelastische Lager 10 eine Ergänzungskammer C auf.
Die Ergänzungskammer C ist eine Ringkammer, die sich um den mittleren Teil des Lagers 10 erstreckt, der einerseits von der Masse 18 aus dem elastomeren Material und andererseits von dem Block 28 aus dem elastomeren Material gebildet wird.
Die ringförmige Ergänzungskammer C wird in Radialrichtung nach außen von einer zylindrischen Trennwand 60 begrenzt die durch eine schalenförmige Abdeckung 62 aus elastomerem Material gebildet wird, welche einstückig mit der Masse 18 aus dem elastomeren Material ausgebildet und durch eine zylindrische Verstärkungshülse 64 aus Blech verstärkt ist.
Die ringförmige Ergänzungskammer C wird in Radialrichtung nach innen an ihrem unteren Teil durch die Außenwand 66 der Masse 18 aus dem elastomeren Material und an ihrem oberen Teil durch eine elastische Schließmembran 68 begrenzt.
Die Membran 68 umfaßt einen zylindrischen segelförmigen Abschnitt 70, der sich im wesentlichen parallel zur Trennwand 60 erstreckt und über einen eine Abdeckung bildenden ringförmigen Abschnitt 72 verlängert ist. Der freie Rand des Abschnitts 72 besitzt einen Wulst 74, der in abgedichteter Weise über einen umgebördelten Rand 76 des oberen Teiles der zylindrischen Verstärkungshülse 64 eingefaßt ist.
Die elastische Membran 68 ist ebenfalls einstückig mit der Masse 18 aus dem elastomeren Material ausgebildet.
Die Verwirklichung des elastischen Lagers ist besonders einfach, und seine Montage ist leicht und umfaßt die Maßnahmen des Aufformens eines einzigen Elementes aus elastomerem Material auf die Metallteile 24, 26, 40 und 64, des Auffüllens der Kammern A, B und C durch Eintauchen des Lagers in ein Flüssigkeitsbad, des Herstellens der Bördelverbindung über den umgebördelten Rand 76 und des Einpressens des unteren Rings 50.
Es wird nunmehr das Funktionsprinzip des erfindungsgemäß ausgebildeten hydroelastischen Lagers in Verbindung mit Figur 2 beschrieben, in der die strichpunktiert dargestellte Kurve C1 das Verhalten eines mit einem Ventil versehenen Lagers gemäß dem Stand der Technik zeigt, während die Kurve C2 das Verhalten eines erfindungsgemäß ausgebildeten Lagers und die Kurve C3 die Phase der Belastungen zeigen.
Der untere Teil des Lagers 10, der insbesondere durch die Arbeitskammer A und die Expansionskammer B gebildet wird, welche über die Säule 46 und das Ventil 48 miteinander verbunden sind, funktioniert in bekannter Weise, wie dies beispielsweise in der FR-A-2 467 724 beschrieben ist.
Die Ergänzungskamrner C ermöglicht trotz ihrer Trägheit die Erzielung einer sehr geringen Steifigkeit in einem wichtigen Frequenzbereich, der beispielsweise zwischen 120 Hz und 300 Hz liegt.
Dieser Effekt ist auf kombinierte Resonanzphänomene von unterschiedlichen Elementen zurückzuführen, beispielsweise des Ventils 48, der Masse 18 aus elastomerem Material und der in der Ergänzungskammer C enthaltenen flüssigen Masse.
Bei einem Lager mit klassischer Konzeption wird durch das Mitschwingen des Ventils eine Versteifung des Lagers hervorgerufen, die ihr Maximum im Bereich von 200 Hz erreicht (siehe den Punkt P1 der Kurve C1)
Jenseits der Resonanz des Ventils bleibt die Steifigkeit des Lagers erhöht und kann abfallen, wenn die Resonanz der Masse aus dem elastomeren Material auftritt (siehe Punkt P2 der Kurve C1)
Bei der erfindungsgemäßen Konzeption beginnt die in der ringförmigen Ergänzungskammer C enthaltene flüssige Masse im Bereich von 100 Hz mit dem Mit schwingen, wodurch eine Versteifung des Lagers hervorgerufen wird.
Im Gegensatz dazu wirkt ab 120 Hz die Flüssigkeitsmasse aufgrund ihrer Trägheit einer Übertragung von Kräften entgegen und ermöglicht die Erzielung einer sehr geringen Steifigkeit des Lagers.
Wenn die Resonanz der Masse aus dem elastomeren Material auftritt, werden die dynamischen Eigenschaften des Lagers durch Beanspruchung der in der Ergänzungskammer C enthaltenen flüssigen Masse modifiziert, wodurch ein Verlängerungsphänomen der Reduzierung der Steifigkeit des Lagers in einem wichtigen Frequenzbereich erreicht wird.
Wenn die Frequenz noch ansteigt und alle Resonanzphänomene stattgefunden haben, kann die Steifigkeit des Teiles erneut sehr groß werden. Dieser Nachteil wird jedoch durch das Vorhandensein des zylindrischen Blocks 28 aus dem elastomeren Material vermieden, der eine relativ geringe Steifigkeit in einem Bereich von beispielsweise 400 N/mm sicherstellt (siehe Kurve C2).
Die Konzeption des erfindungsgemäßen Lagers ermöglicht somin die Erzielung von Dämpfungseigenschaften durch die Säule 46, das Filtern von Belastungen, die auftreten, wenn der Motor im Leerlauf läuft, durch das Ventil 48 und das Filtern von Belastungen, die auf den Motor zurückgehen, in einem Frequenzbereich zwischen 120 und 300 Hz.
Man erzielt eine dynamische Versteifung eines Lagers zwischen der Steifigkeit bei hoher Frequenz und der Steifigkeit bei niedriger Frequenz.
Die dynamische Versteifung des Lagers in dem Frequenzbereich zwischen 120 Hz und 300 Hz liegt unter 0,5 anstelle von 2 beim größten Teil der hydroelastischen Lager bekannter Bauart des Standes der Technik.
Darüber hinaus ist die Lagerkonzeption gemäß der Erfindung besonders einfach, da die Hauptbestandteile durch ein einziges Formteil aus einer Masse aus elastomerem Material realisiert sind, so daß auf diese Weise die Anzahl der zu montierenden Teile nicht erhöht wird.

Claims

1. Hydroelastisches Lager zur Anordnung zwischen zwei Einheiten zum Aufhängen der einen relativ zur anderen, insbesondere zur Aufhängung eines Motors in einem Kraftfahrzeug, mit den folgenden Bestandteilen, die hintereinander in der Hauptbelastungsrichtung des Lagers (X-X) angeordnet sind: eine obere Armierung (12), eine Masse (18) aus elastomerem Material, die mit der oberen Armierung (12) verbunden ist, eine Arbeitskammer (A), die seitlich mindestens teilweise von der Masse (18) aus elastomerem Material begrenzt wird, eine untere Trennwand (44), die die Arbeitskammer (A) begrenzt, eine Expansionskammer (B), die von der unteren Trennwand (44) und von einer unteren elastischen Membran (52) begrenzt wird, und eine untere Armierung (16), die mit der Masse (18) aus dem elastomeren Material verbunden ist, wobei die Arbeits- und Expansionskammern (A, B) mindestens teilweise mit einer Flüssigkeit gefüllt und über mindestens einen Verbindungskanal (46) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Lager eine einzige dichte Ergänzungskammer (C) aufweist, die zumindest teilweise mit Flüssigkeit gefüllt ist, mindestens teilweise die Masse (18) aus dem elastomeren Material umgibt und in Radialrichtung nach innen mindestens teilweise von der Außenwand (66) der Masse (18) aus dem elastomeren Material begrenzt wird.

2. Hydroelastisches Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse (18) aus dem elastomeren Material rotationssymmetrisch um eine Achse ausgebildet ist, die im wesentlichen der Hauptbelastungsrichtung des Lagers (10) entspricht, und daß die Ergänzungskammer (C) eine Ringkammer ist.

3. Hydroelastisches Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Teil der Außenwand der Masse (18) aus dem elastomeren Material in Axialrichtung zwischen einem Teil (26) der oberen Armierung (12), mit dem die Masse (18) aus dem elastomeren Material verbunden ist, und der unteren Armierung (16) erstreckt.

4. Hydroelastisches Lager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergänzungskammer (C) in Radialrichtung nach außen von einer seitlichen zylindrischen Trennwand (60) begrenzt wird.

5. Hydroelastisches Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die seitliche Trennwand in Axialrichtung bis auf eine Höhe erstreckt, die über der des Teiles der Außenwand (66) der Masse (18) aus dem elastomeren Material liegt.

6. Hydroelastisches Lager nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die seitliche Trennwand (60) eine schalenförmige Abdeckung (64) aus elastomerem Material umfaßt, die einstückig mit der Masse (18) aus dem elastomeren Material ausgebildet und durch eine zylindrische Verstärkungshülse (64) verstärkt ist.

7. Hydroelastisches Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ergänzungskammer (C) an ihrem oberen Teil durch eine elastische Membran (68) geschlossen ist, die einstückig mit der Masse (18) aus dem elastomeren Material ausgebildet ist.

8. Hydroelastisches Lager nach Anspruch 7 in Verbindung mit Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Rand (74) der elastischen Verschlußmembran (68) in abgedichteter Weise durch einen umgebördelten Rand (76) der zylindrischen Verstärkungshülse (64) festgepreßt ist.

9. Hydroelastisches Lager nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (26) der oberen Armierung, mit dem die Masse (18) aus dem elastomeren Material verbunden ist, schalenförmig ausgebildet ist.

10. Hydroelastisches Lager nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die obere Armierung (12) einen oberen Teil (24), der mit einer der beiden Einheiten zum Aufhängen verbunden ist, und einen unteren Teil (26) aufweist, mit dem die Masse (18) aus dem elastomeren Material verbunden ist, wobei die beiden Teile (24, 26) über einen Block (28) aus elastomerem Material miteinander verbunden sind.

11. Hydroelastisches Lager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Block aus elastomerem Material eine im wesentlichen zylindrische Form besitzt und sich in Axialrichtung zwischen der sich gegenüberliegenden unteren (32) und oberen (34) Fläche des oberen (24) und unteren (26) Teiles der oberen Armierung (12) erstreckt.

12. Hydroelastisches Lager nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil (24) der oberen Armierung (12) eine Platte ist, die sich in einer Ebene erstreckt, die mit dem oberen Rand der Ergänzungskammer (C) übereinstimmt.