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Die
Erfindung betrifft eine mit Flüssigkeit
gefüllte
Begrenzungseinrichtung zur Dämpfung
und Begrenzung der relativen Schwingungen zwischen Motor und Karosserie
eines Fahrzeuges. Diese mit Flüssigkeit
gefüllte
Begrenzungseinrichtung beinhaltet eine starre Basis zur Verbindung
mit einer der Einheiten Motor oder Karosserie, einen elastischen
Körper, der
an der Basis befestigt und so angeordnet ist, dass er im Einsatz
periodisch auf der anderen Einheit Motor oder Karosserie auftrifft
und sich als Reaktion auf ein solches Auftreffen elastisch durchbiegt,
sowie eine in sich geschlossene Kammer mit flexiblen Wänden, die
zwischen der Basis und dem elastischen Körper begrenzt und mit Hydraulikflüssigkeit
gefüllt ist.
Diese Kammer ist in der Richtung zur Basis hin relativ nicht komprimierbar.
Die Steifheit dieser Begrenzungseinheit ist in der Richtung zur
Basis hin höher als
in einer Scherrichtung längs
der Grenzfläche
zwischen der Basis und dem elastischen Körper.
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Eine
schwingungsdämpfende
Einrichtung zur Dämpfung
der relativen Schwingungen zwischen zwei starren Elementen, beinhaltend
einen elastischen Körper
zur Montage zwischen zwei Elementen ist bekannt aus GB-A-2 192 968,
wo eine Buchse mit durch Elastomermaterial verbundener innerer und äußerer Verstärkung beschrieben
ist. In dieser Buchse sind starre innere und äußere Verstärkungen durch dazwischenliegendes
Elastomermaterial miteinander verbunden. Die Zwischenlage, die eine
auf Scherbeanspruchung ausgelegte Feder darstellt, schließt zwei
Kammern ein, die mit Flüssigkeit
gefüllt sind.
Die Kammern sind durch einen peripheren, begrenzten Fließweg über die
Flüssigkeit
so miteinander verbunden, dass nach Verformung der Feder und Ausdehnung
oder Zusammendrückung
der Kammer infolge des Stoßes,
den die Buchse erfährt,
eine Stoßdämpfung erfolgt.
Die zwei Kammern und der mit Flüsigkeit
gefüllte
Fließweg,
der dazu dient, die Resonanz der Buchse einzustellen, bilden zusammen
einen in sich geschlossenen Hohlraum.
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Ferner
offenbart US-A-S 078 369 eine elastisch dehnbare Verbindung, die
einen Block aus Elastomermaterial enthält. Zwei relativ bewegliche
Verstärkungen
sind mit dem Block verbunden. Die Verbindung beinhaltet mindestens
eine verformbare, abgedichtete Kammer, die mit einer Flüssigkeit
gefüllt und
zwischen zwei Abschnitten von jeder der zwei Verstärkungen
so angeordnet ist, dass die elastische Steifheit der Verbindung
in einer ersten Richtung einer relativen Verschiebung der Verstärkungen
im Wesentlichen senkrecht zu einer Ebene, die parallel zur Ausdehnung
der zwei Verstärkungen
verläuft,
erhöht
wird.
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Erfindungsgemäße schwingungsdämpfende Einrichtungen,
die nachstehend nur beispielsweise ausführlicher beschrieben werden,
sind zur Montage zwischen dem Motor und der Karosserie eines Kraftfahrzeuges
vorgesehen, um Motorschwingungen zu dämpfen und von der Karosserie
zu isolieren. Solche Einrichtungen können auch in Fahrzeugaufhängungen
Anwendung finden.
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Die
in Anspruch 1 definierte erfindungsgemäße Begrenzungseinrichtung ist
dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Körper zwei Körper enthält, die auf einander gegenüberliegenden
Seiten der Basis so angebracht sind, dass zwei einander gegenüber liegende
und durch die starre Basis getrennte Kammern gebildet werden. Die
Körper
können
sich unter einem erhöhten
Druck in den darin enthaltenen Kammern ausdehnen. Die Kammern sind über mindestens
einen Kanal so miteinander verbunden, dass bei Zusammendrückung eines
Körpers
die Flüssigkeit
durch den Kanal in die Kammer gepresst wird, die im anderen Körper ausgebildet
ist.
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Erfindungsgemäße schwingungsdämpfende Einrichtungen
in der Form von Begrenzungseinrichtungen zum Einsatz in Kraftfahrzeugen
werden nachstehend beispielsweise unter Hinweis auf die angefügten Zeichnungen
beschrieben, wobei:
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1 ein
schematischer Querschnitt durch eine bekannte Einrichtung ist, die
keine Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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2 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine bekannte Einrichtung, die
keine Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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3 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine bekannte Einrichtung, die
keine Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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4 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine bekannte Einrichtung, die
keine Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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5 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Einrichtung,
wobei zwei solcher Einrichtungen zusammenwirken.
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6 ist
ein schematischer Querschnitt durch eine bekannte schwingungsdämpfende
Einrichtung, die keine Ausführungsform
der Erfindung darstellt.
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7 ist
ein schematischer Querschnitt einer alternativen Ausführungsform
der bekannten Einrichtung von 6.
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Unter
Hinweis auf 1 beinhaltet die Begrenzungseinrichtung
einen elastischen Körper 10, der
im typischen Fall aus einem steifen Gummi material besteht. Dieser
Körper
ist auf einer starren Basis 12 befestigt, die auf einer
Fahrzeugkarosserie montiert ist oder einen Teil derselben bildet.
Im typischen Fall ist der elastische Körper durch Haftmittel an der Basis 12 befestigt.
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Der
elastische Körper 10 weist
angrenzend an die Basis 12 eine Aussparung auf, die einen
Hohlraum 14 bildet, der eine Hydraulikflüssigkeit
enthält.
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Im
Einsatz ist die Basis 12 der Begrenzungseinrichtung so
an einer Fahrzeugkarosserie befestigt, dass ihre Oberfläche 16 nahe
am Fahrzeugmotor gelegen ist. Die Oberfläche eines Fahrzeugmotors ist durch
die Linie 18 schematisch dargestellt. Der Motor ist auf
elastischen Motorlagern (nicht gezeigt) gelagert, die eine begrenzte
Bewegung des Motors, auf die Karosserie bezogen, erlauben.
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Wenn
der Motor des Fahrzeugs vibriert und auch wenn das Fahrzeug beschleunigt,
verzögert und
durch Kurven bewegt wird, sind die Motorlager unterschiedlichen
Belastungen ausgesetzt. Es ist notwendig, die Motorbewegungen um
seine Lager herum in irgendeiner Weise zu begrenzen und dies kann
durch strategische Anordnung von einem oder mehreren Begrenzungseinrichtungen
der gegenwärtigen
Erfindung erreicht werden.
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In
der Anwendung von Begrenzungseinrichtungen ist die Schersteifheit
ein wichtiger Parameter, weil sie Einfluss auf die Kräfte hat,
die in Form von Schwingungen auf die Fahrzeugkarosserie übertragen
werden.
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Bei
Kompression in der allgemeinen Richtung des Pfeils mit der Bezeichnung
A in der Zeichnung weist die Begrenzungseinrichtung eine hohe Steifheit
relativ zur Steifheit in der Scherrichtung längs der Basis 12 auf.
Wenn der elastische Körper 10 in
Richtung zur Basis 12 durch Auftreffen auf der Oberfläche 18 verformt
wird, widersteht die mit Flüssigkeit
gefüllte
Kammer 14 dem Kompressionsdruck, weil die Hydraulikflüssigkeit
in der Kammer relativ nicht komprimierbar ist und gegen die starre
Basis 12 gepresst wird. Deshalb zeigt der zwischen C und
D auf der Linie 20 befindliche Ab-schnitt der Begrenzungseinrichtung
die von einer Begrenzungseinrichtung aus Vollgummi erwartete Steifheit
und der Abschnitt zwischen D und E auf der Linie 20 weist
eine höhere
Steifheit auf.
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Wenn
jedoch eine Scherkraft allgemein längs der Richtung der Basis 12 auf
die Begrenzungseinrichtung ausgeübt
wird, erfolgt keine wesentliche Komprimierung der Flüssigkeit,
weil sich die Kammerwände
in der Scherrichtung frei verformen können und die Kammer deshalb
nicht signifikant zur Steifheit der Begrenzungseinrichtung beiträgt. Das Ergebnis
ist eine in der Scherrichtung, im Vergleich zur Steifheit in der
Pfeilrichtung A allgemein zur Basis 12 hin, reduzierte
Steifheit.
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Die
Begrenzungseinrichtung kann so angeordnet werden, dass sie unter Überlastbedingungen eine
stark erhöhte
Steifheit aufweist. Die Kammer 14 kann in der Höhe so flach
angeordnet werden, dass bei Überlastbedingungen,
wenn eine vorbestimmte Kraft in Richtung A überschritten wird, die obere Wand
der Kammer 14 mit der starren Basis 12 in Berührung kommt.
Obwohl sich unter diesen Bedingungen die Schersteifheit der Begrenzungseinrichtung erhöht, verhindert
dieser Überlastungsschutz
eine Beschädigung
der Begrenzungseinrichtung durch übermäßigen Druck in der Kammer 14.
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Die
vorstehend beschriebene Konstruktion ist besonders vorteilhaft,
weil sie sich einfach herstellen lässt und doch so abgestimmt
werden kann, dass in unterschiedlichen Richtungen eine unterschiedliche
Steifheitscharakteristik erreicht wird. Es ist zu erkennen, dass Änderungen
in den Kammerabmessungen und in der relativen Fläche der Basis 12,
die vom elastischen Körper 10 bedeckt
wird, die absolute und relative Steifheit in Scherrichtung und in
vertikaler Richtung verändern.
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Unter
Bezugnahme auf 2, 3 und 4 ist
auch zu erkennen, dass ein starres Material eine an der Oberfläche 16 befestigte
starre Lage 24 bilden kann und dass ferner eine weitere
Kammer 26 an der Grenzfläche zwischen dieser Lage und
dem Körper 10 ausgebildet
werden kann. Eine solche Anordnung kann auch übereinander gestapelt werden, so
dass eine starre Zwischenlage 28 sandwichartig zwischen
zwei oder mehr elastischen Körpern 10A, 10B eingefügt wird,
wobei an einigen oder allen Grenzflächen zwischen den elastischen
Körpern 10A, 10B und
der starren Basis 12 und der Lage oder den Lagen 28 mit
Flüssigkeit
gefüllte
Kammern ausgebildet werden. Wenn mehrere starre Lagen und/oder Kammern
vorgesehen werden, ergibt sich eine noch größere Flexibilität hinsichtlich
der Abstimmung der Leistungscharakteristik der Begrenzungseinrichtung.
Die oberste Lage 24 kann an der Karosserie oder am Motor
des Fahrzeuges befestigt werden.
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Die
Basis 12 kann alternativ so an einem Fahrzeugmotor befestigt
werden, dass die Fahrzeugkarosserie und die Oberfläche 16 periodisch
aufeinander auftreffen.
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Ein
hydroelastischer Effekt kann erzielt werden, indem zwei Körper 10C, 10D auf
einer einzigen Basis 12 montiert werden, wie in 5 gezeigt.
Die Körper
können
paßgenau
an einander gegenüber
liegenden Seiten der Basis 12 montiert werden. In dieser
Anordnung werden die Kammern 14A, 14B einander
gegenüberliegend
und durch die starre Basis 12 getrennt ausgebildet. Durch
Verbindung der Kammern über
einen Kanal 40 mit relativ schmaler Querschnittsfläche oder über eine
andere Anordnung zur Strömungsbegrenzung
wird beim Zusammendrücken
von einem der Körper 10C, 10D Flüssigkeit durch
den Kanal in die im anderen Körper
ausgebildete Kammer gepresst. Der andere Körper kann sich unter dem erhöhten Druck
in der zugehörigen
Kammer ausdehnen. Die zweite Kammer wirkt als Ausgleichskam mer.
Bei dieser Anordnung wird die Charakteristik einer niedrigen Steifheit
in Scherrichtung aufrecht erhalten.
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Der
Kanal 40 kann so gestaltet werden, dass die Flüssigkeit
bei akustischen Frequenzen zwischen 20 Hz und 500 Hz relativ leicht
durchströmen
kann. Dies führt
zu einer niedrigen Steifheit in der nicht auf Scherwirkung beanspruchten
Richtung für
Schwingungen im Bereich der Hörfrequenzen
und damit zu einer guten Isolierung der Fahrzeugkarosserie gegen diese
Frequenzen.
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Um
diesen Effekt zu erzielen, können
zwei Kanäle
(nicht gezeigt) zur Verbindung der zwei Kammern 14A und 14B ausgebildet
werden. Einer dieser Kanäle
kann relativ lang und schmal sein (zur Dämpfung niedriger Frequenzen)
und der andere Kanal kann relativ kurz und breit sein (zur Dämpfung hoher Frequenzen).
Der kurze Kanal muss mit einem Klappventil mit begrenzter Bewegung
in beiden Fließrichtungen
ausgestattet werden. Dies ermöglicht
eine Strömung
der Flüssigkeit
mit hoher Geschwindigkeit und kleiner Amplitude, wobei aber das Klappventil
mit begrenzter Bewegung eine Strömung mit
großer
Amplitude im Wesentlichen verhindert. Bei Schwingungen mit großer Amplitude
strömt
die Flüssigkeit
größtenteils
durch den langen, schmalen Kanal. Bei Nutzung dieser Effekte kann
die Resonanz der Anordnung von 5 so abgestimmt
werden, dass sich eine erwünschte
Charakteristik des Verhältnisses
von Steifheit und Frequenz ergibt.
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Die
ganze Baugruppe kann an einer der Einheiten Fahrzeugkarosserie oder
Motor zwischen starren Zinken 42A, 42B einer an
der anderen Einheit, Fahrzeugkarosserie oder Motor, befestigten
Gabel montiert werden. Auf diese Weise kann die Pendelbewegung des
Motors relativ zur Fahrzeugkarosserie durch das periodische Anstoßen zwischen
den Oberflächen 16C, 16D der
Körper 10C, 10D und
den Gabelzinken 42A, 42B gedämpft werden.
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6 zeigt
ein Gelenk für
Kupplungskomponenten, wo es wünschenswert
ist, eine unterschiedliche Steifheit in axialer und radialer Richtung
zu haben.
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Eine
Verstärkung 30 zur
Verbindung mit einer der Komponenten umgibt einen Ring 32 aus
elastischem Material (im typischen Fall Hartgummi). Im Ring 32 ist
eine innere Verstärkung 34 für die Verbindung
mit der anderen Komponente zentrisch angeordnet. Zwischen der Innenfläche der äußeren Verstärkung 30 und
der Außenfläche des
Rings 32 befinden sich mit Flüssigkeit gefüllte Kammern 36.
In Anwendung der vorstehend beschriebenen Grundsätze zeigt das Gelenk in Pfeilrichtung
F eine höhere
Steifheit als in axialer Richtung (in die Abbildungsebene hinein
und aus ihr heraus). Bei dieser Anordnung wird eine axiale Gleitbewegung
unter radialer Belastung gut aufrecht erhalten und sie eignet sich
besonders gut für
Anwendungen der Fahrzeugaufhängung. Die
Kammern sind nicht miteinander verbunden und deshalb findet keine
Zirkulation der Flüssigkeit
zwischen den Kammern und keine Dämpfung
durch Flüssigkeitsresonanz
statt.
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7 zeigt
eine alternative Anordnung, in der die Kammern 36 durch
die innere und äußere Verstärkung begrenzt
sind und dadurch den "Ring" in zwei Abschnitte
unterteilen. Diese Anordnung weist im Vergleich zur Anordnung von 2 eine
erhöhte radiale
Steifheit und eine verringerte axiale Steifheit auf.
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Es
ist zu erkennen, dass im Ring 32 eine oder mehr als zwei
Kammern ausgebildet werden können
und dass diese Kammern nicht im gleichen Winkel voneinander entfernt
zu sein brauchen, wie in 6 und 7 gezeigt.
Es ist auch zu erkennen, dass zwischen der Innenfläche des
Rings 32 und der Außenfläche der
inneren Verstärkung 34 eine
oder mehrere Kammern ausgebildet werden können. Ferner braucht sich der
Ring 32 nicht über
die ganze Tiefe der Verstärkungen 30, 34,
das heißt
in die Abbildungsebene hinein zu erstrecken. In ähnlicher Weise ist es möglich, dass
sich die Kammer oder die Kammern nur über einen Teil der Tiefe der
Verstärkungen erstrecken.