DE69801964T2

DE69801964T2 - Drehmomentenanlaufschwingarm für Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE69801964T2
Application number: DE1998601964
Authority: DE
Inventors: Jean-Noel Chaussepied; Patrick Garaud; Andre Girard; Christophe Verspieren
Original assignee: Hutchinson SA
Current assignee: Hutchinson SA
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1998-07-24
Publication date: 2002-06-20
Anticipated expiration: 2018-07-25
Also published as: EP0894659A1; DE69801964D1; FR2766771B1; FR2766771A1; EP0894659B1

Description

Diese Erfindung betrifft einen Drehmomentanlaufschwingarm für Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen, der dazu vorgesehen ist, den Motor mit dem Fahrzeugaufbau zu verbinden, und aus einem starren, länglichen Körper besteht, dessen beide ringförmige Enden innen durch eine elastische Masse mit einer Gelenkbuchse bzw. mit einer ersten Verbindungsbuchse zu diesem Motor und einer zweiten Verbindungsbuchse zu diesem Fahrzeugaufbau verbunden sind.
Es sind bereits Schwingarme dieser Art bekannt, beispielsweise aus der französischen Patentschrift FR-A-2 722 2S9 dieser Anmelderin, die insbesondere einen ausgeglichenen Schwingarm betrifft, wodurch die Kraft, die zwischen dem Motor (Quelle der Schwingungen) und dem Fahrzeugaufbau quer von einem Gelenk zum anderen übertragen wird, auf ein Minimum beschränkt werden kann.
Gewöhnlich sind Drehmomentanlaufschwingarme dergestalt ausgeführt, dass ihre Masse minimiert wird und gleichzeitig eine Beanspruchungsfestigkeit gegen eine maximale Belastungskraft gewährleistet wird. Sö ergibt sich ein Schwingarmkörper aus tiefgezogenem Stahlblech oder sogar aus Kunststoff oder aus extrudiertem Aluminium.
Das Problem, das mit der Erfindung gelöst werden soll, ist folgendes:
Da ein Schwingarm aus einem Körper besteht, der zwischen zwei Gelenken angebracht ist, muss er unbedingt sechs Festkörper-Schwingmodi aufweisen, unabhängig von den flexiblen Modi, die viel höhere Frequenzen aufweisen, nämlich vier Eigenschwingungsmodi in Querrichtung, einen Modus in Längsrichtung und einen Modus in Längsrotationsrichtung (der nicht stört, da er durch die Schwingungen des Motors nicht erregt wird). Unter der Einwirkung des Fahrzeugmotors mit Frequenzen, die im Allgemeinen zwischen 20 und 200 Hz variabel sind (harmonische Schwingung 2 bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor) äußern sich die Modi in Spitzenwerten der dynamischen Steifheit, die für eine gute Dämpfung der Motorschwingungen zur Karosserie hin nachteilig sind. Ferner ist eine geringe Steifheit bei 400 bis 1000 Hz wünschenswert, einem Bereich, in dem auch Eigenschwingungen des Schwingarms liegen.
Es ist die Aufgabe dieser Erfindung, die bestehenden Schwingarme in diesen Aspekten zu verbessern.
Dazu wurde der Schwingarm unter Berücksichtigung jedes Schwingmodus ausgeführt, damit dieser nicht die dynamische Quersteifheit beeinträchtigt, wobei die Steifheit ziemlich gering sein müsste, da ein Schwingarm praktisch an seinen Enden gedreht wird. In der Praxis ist dies nicht der Fall, da die Trägheitskräfte groß sind. Insbesondere bestehen in jeder Ebene des Schwingarms zwei Eigenschwingungsmodi in Querrichtung (d. h. insgesamt vier). Diese vier Schwingungsmodi in Querrichtung wurden relativ tief angesetzt, zwischen 200 und 400 Hz, da es in diesem Bereich keine starke Erregung durch den Motor gibt). Vorzugsweise werden diese vier Schwingungsmodi direkt hinter dem Bereich der durch den Motor bewirkten Schwingungen (von 20 bis 200 Hz) angesetzt, d. h. im Bereich von 300 Hz. Überraschenderweise hat das zu einem Schwingarmkörper aus Gusseisen geführt, der daher viel schwerer ist als die herkömmlichen Körper.
Wenn man nun die Längssteifheit des Schwingarmkörpers betrachtet, stellt man fest, dass sie im wesentlichen gleich der Längssteifheit des biegsamsten Gelenks ist, da sich die Längssteifheiten der beiden Gelenke in Reihe befinden. Da die Längssteifheit des Schwingarmkörpers durch die Kräfte, die das Werkstück aufnehmen muss, und den möglichen Ausschlag bestimmt wird, sollte diese Steifheit in geringem Maße mit der Frequenz steigen.
Gemäß einer weiteren Anordnung dieser Erfindung wird dies dadurch erreicht, dass die erste Buchse, in Achsrichtung betrachtet, allgemein trapezförmig ist und durch zwei elastische Blöcke in Zickzackform mit dem entsprechenden Endring verbunden ist, wobei diese Blöcke die beiden geneigten Seitenflächen dieser ersten Buchse mit den gegenüberliegenden Innenflanken dieses Rings verbinden.
Bei einer herkömmlichen Gelenkverbindung (die im Allgemeinen zylinderförmig ist) wird nämlich die Abmessung der elastischen Blöcke oder Arme durch den zu berücksichtigenden Ausschlag bestimmt, und die Steifheit muss eingestellt werden, indem das Elastizitätsmodul des Gummis variiert wird. Im Allgemeinen muss ein sehr harter Gummi verwendet werden, der aber auch dämpfend wirkt, was problematisch ist. Dieses Problem kann durch die oben ausgeführte Anordnung gelöst werden; durch diese Gelenkverbindung kann die dynamische Versteifung im Dröhnbereich (20 bis 200 Hz) verringert werden; jenseits dessen wirkt sich der Masseeffekt aus.
Was den Längs-Eigenschwingungsmodus des Körpers betrifft, muss verhindert werden, dass er mit seinem Spitzenwert auch die Längssteifheit erhöht. Seine Frequenz wird daher durch die Längssteifheit des steiferen Gelenks bestimmt, da die Steifheiten in diesem Fall parallel liegen.
Hierzu und gemäß einer weiteren Anordnung dieser Erfindung ist die zweite Buchse, die kleiner bemessen ist als die erste, zylinderförmig und mit dem entsprechenden Endring durch elastische Arme verbunden, wodurch der genannte Spitzenwert verringert wird.
Die Herstellung der Ausgeglichenheit des Schwingarms gemäß der oben genannten Patentschrift ermöglicht es, den Beitrag dieser verschiedenen Schwingungsmodi zu der Quersteifheit noch zu verringern.
Es wird daran erinnert, dass diese Herstellung der Ausgeglichenheit im wesentlichen darin besteht, dass die Masse des Schwingarms dergestalt verteilt wird, dass jeder Modus seinen Knoten an einem Gelenk hat, was eventuell dazu führen kann, dass an den Enden des Schwingarms Masse hinzugefügt wird. Auf diese Weise existieren die Schwingungsmodi zwar, doch wirken sie sich nur geringfügig auf die Quersteifheits-Kurven aus, die außerdem bei hohen Frequenzen einem extrem niedrigen Wert zu tendieren.
Ein erfindungsgemäßer Schwingarm ist als nicht einschränkendes Beispiel in den beigefügten Zeichnungen dargestellt, wobei
Fig. 1 in einer Draufsicht die zweite Buchse, deren Achse senkrecht zu der der ersten Buchse steht, im axialen Halbschnitt gemäß der Linie I-I von Fig. 2 zeigt, und
Fig. 2 in einer Profilansicht die zweite Buchse in Draufsicht und die erste Buchse im axialen Schnitt gemäß der Linie II-II von Fig. 1 zeigt.
In den Figuren ist mit der Bezugszahl 1 der Gusseisenkörper des Schwingarms dargestellt. Seine Enden verbreitern sich in zwei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen, um auf der einen Seite einen Ring in Trapezform mit abgerundeten Ecken 2 und auf der anderen Seite einen zylinderförmigen Ring 3 mit geringeren Abmessungen zu bilden. Es ist vorgesehen, dass die Gelenkverbindung zu dem Fahrzeugmotor mittels einer ersten, ebenfalls trapezförmigen Aluminiumbuchse 4 erfolgt, die mit einem zylindrischen Loch 5 für die Gelenkverbindung zum Motor versehen ist. Die elastische Verbindung zwischen Buchse 4 und Ring 2 erfolgt mittels zwei elastischen Blöcken 6 aus Gummi mit einem beispielsweise niedrigen Dämpfungskoeffizient, wobei die Tangente des Verlustwinkels vorzugsweise weniger als ca. 0,1 beträgt. Die geneigten Seitenflächen 7 der Buchse 4 liegen praktisch parallel zu den gegenüberliegenden Innenflanken 8 des Rings 2, und die Enden der Blöcke 6, die an den Innenflanken 8 fest angebracht sind, sind gegenüber der Buchse 4 zum anderen Ende des Schwingarms hin verschoben, so dass diese Blöcke zusammen eine Zickzackform bilden, wodurch die oben erwähnte Wirkung erzielt werden kann.
Am anderen Ende des Schwingarms erfolgt die Gelenkverbindung zu dem Fahrzeugaufbau mittels einer zweiten, zylindrischen Buchse 9 mit einem Verbindungsloch 10, dessen Achse senkrecht zu der des Lochs 5 steht, wobei diese zylindrische Buchse mit dem Ring 3 innen durch zwei radial verlaufende, diametral entgegengesetzt liegende elastische Arme 11 verbunden ist, die senkrecht zur Längsachse des Schwingarms verlaufen. Diese beiden Arme bestehen beispielsweise aus einem Gummi mit einem hohen Dämpfungskoeffizient, wobei die Tangente des Verlustwinkels vorzugsweise über ca. 0,1 liegt.
Die zweite Buchse 9 trägt ebenfalls zwei diametral entgegengesetzt liegende, elastische Längsanschlagblöcke, die die Bezugszahl 12 haben.
Der soeben beschriebene Schwingarm kann mit zusätzlichen Massen in Gleichgewicht gebracht werden, wie in der anfangs erwähnten französischen Patentschrift beschrieben.
Abgesehen davon, dass mit dem erfindungsgemäßen Schwingarm auf diese Weise die verschiedenen sich stellenden Probleme beseitigt werden können, weist dieser die folgenden zusätzlichen Vorteile auf.
Der Gusseisenkörper erfordert auf Grund seiner großen Herstellungsgenauigkeit keinerlei Nachbearbeitung, weder an dem zylindrischen Ring 3 noch an dem trapezförmigen Ring 2.
Die Zickzackform der elastischen Blöcke 6 ermöglicht ein Formen direkt im Körper des Schwingarms, da im Gegensatz zu einer zylindrischen Gelenkverbindung hier keinerlei Einschnürung erforderlich ist.
Der Korrosionsschutzanstrich wird dadurch ersetzt, dass der Körper vor dem Formen insgesamt in den Kleber getaucht wird, wodurch ein Arbeitsgang eingespart wird.

Claims

1. Drehmomentanlaufschwingarm für Verbrennungsmotoren von Fahrzeugen, der dazu vorgesehen ist, den Motor mit dem Fahrzeugaufbau zu verbinden, und aus einem starren, länglichen Körper besteht, dessen beide ringförmige Enden innen durch eine elastische Masse mit einer Gelenkbuchse bzw. mit einer ersten Verbindungsbuchse zu diesem Motor und einer zweiten Verbindungsbuchse zu diesem Fahrzeugaufbau verbunden sind,

dadurch gekennzeichnet,

dass dieser Körper aus Gusseisen besteht und dass die erste Buchse (4), in Achsrichtung betrachtet allgemein trapezförmig ist und durch zwei elastische Blöcke (6) in Zickzackform mit dem entsprechenden Endring (2) verbunden ist, wobei diese Blöcke (6) die beiden geneigten Seitenflächen (7) dieser ersten Buchse (4) mit den gegenüberliegenden Innenflanken (8) dieses Rings (2) verbinden, und dass die zweite Buchse (9), die kleiner bemessen ist als die erste (4), zylinderförmig ist und mit dem entsprechenden Endring (3) durch elastische Arme (11) verbunden ist.

2. Schwingarm nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskoeffizient des Materials, aus dem die genannten elastischen Blöcke (6) bestehen, ausreichend niedrig ist, so dass die Tangente des Verlustwinkels weniger als ca. 0,1 beträgt.

3. Schwingarm nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskoeffizient des Materials, aus dem die genannten elastischen Arme (11) bestehen, ausreichend hoch ist, so dass die Tangente des Verlustwinkels mehr als ca. 0,1 beträgt.

4. Schwingarm nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkachsen der ersten Buchse (4) und der zweiten Buchse (9) senkrecht zueinander stehen.

5. Schwingarm nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der genannten elastischen Blöcke (6), die an den Innenflanken (8) des entsprechenden Endrings (2) fest angebracht sind, gegenüber dieser ersten Buchse (4) zum anderen Ende des Schwingarms hin verschoben sind, so dass diese Blöcke zusammen eine Zickzackform bilden.

6. Schwingarm nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte zweite Buchse (9) mit dem entsprechenden Ring (3) innen durch zwei radiale, elastische Arme (11) verbunden ist, die einander diametral gegenüber liegen und senkrecht zur Längsachse des Schwingarms verlaufen.

7. Schwingarm nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dieser zweiten Buchse (9) zwei elastische Anschlagblöcke in Längsrichtung (12) für den Schwingarm sitzen.