Hydraulisch dämpfende Buchse
Die vorliegende Erfindung betrifft eine hydraulisch dämpfende Buchse, insbesondere zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, zum Abdämpfen von Belastungen in einer Hauptbelastungsrichtung mit einer Innenhülse, einer Außenhülse, einer zwischen Innenhülse und Außenhülse angeordneten Tragfedereinheit, mindestens einem Abschlußstück, das die Innenhülse mit der Außenhülse verbindet und den von der Innenhülse und der Außenhülse umschlossenen Raum gegenüber der Umgebung begrenzt, und zwei Kammern, die mit einer hydraulisch dämpfenden Flüssigkeit gefüllt und über einen Überströmkanal verbunden sind, wobei die Hauptbelastungsrichtung parallel zu einer Längsachse der Innenhülse und der Außenhülse verläuft.
Eine derartige Buchse ist in der DE 36 32 61 2 A1 beschrieben. Die bekannte Buchse weist eine Innenhülse, eine Außenhülse und ein Zwischenstück mit einem Überströmkanal auf. Es sind weiter Abschlußstücke vorgesehen. Eines der Abschlußstücke ist materialeinstückig mit der Innenhülse hergestellt, und das andere ist starr mit dieser verbunden. Zum Abschluß der Kammern gegenüber der Umgebung sind zwischen den Abschlußstücken und der Außenhülse Gummiringe vorgesehen. Die Gummiringe müssen zur Abdichtung mit den Abschlußstücken und der Außenhülse verbunden werden. Ihre Länge variiert in Abhängigkeit von der Länge der Innenhülse.
Eine andere hydraulisch dämpfende Buchse ist in der US 5,890,706 dargestellt. Diese Druckschrift zeigt eine hydraulisch dämpfende Axialbuchse mit einer Innenhülse und einer Außenhülse, die über eine Tragfeder verbunden sind. Die Tragfeder steht an einer Seite mit der Umgebung in Kontakt. Auf der anderen Seite der Tragfeder sind zwei über eine Zwischenplatte getrennte Kammern vorgesehen, die mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt sind. Zum Abschluß der zweiten Kammer gegenüber der Umgebung dient eine dünne, gummielastische Membran, die einteilig mit der Tragfeder ausgebildet ist. Auch hier ergeben sich auf Grund der Verbindung zwischen der Tragfeder und der gummielastischen Membran eine aufwendige Herstellung und Montage.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine hydraulisch dämpfende Buchse bereit zu stellen, die eine optimale Materialanpassung bei einfacher Montage und Herstellung ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Buchse der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß die Abschlußstücke getrennt von der Tragfedereinheit ausgebildet sind und jede der Kammern von der Tragfedereinheit oder einem an die Tragfedereinheit angrenzenden Bauteil und einem der Abschlußstücke begrenzt ist.
Die getrennte Ausbildung der Abschlußstücke einerseits und der Innenhülse sowie der Außenhülse und der Tragfedereinheit andererseits ermöglicht die Verwendung unterschiedlicher Materialien, die für den Einsatz in der Tragfedereinheit oder den Abschlußstücken optimiert sind. Die Tragfedereinheit und die Abschlußstücke können getrennt voneinander hergestellt und einfach montiert werden. Es ergibt sich daher ein modularer Aufbau der erfindungsgemäßen Buchse. Bevorzugt
sind dabei die Abschlußstücke auch von der Innenhülse und der Außenhülse getrennt ausgebildet.
Die Kammern werden entweder von der Tragfedereinheit und den Abschlußstücken oder den an die Tragfedereinheit angrenzenden Bauteilen und den Abschlußstücken begrenzt. Diese Bauteile können insbesondere als Entkopplung oder Panscher ausgeführt werden. Sie ermöglichen eine Anpassung der Eigenschaften der erfindungsgemäßen Buchse an die jeweiligen Randbedingungen.
Die Tragfedereinheit ist hierbei von den beiden Kammern, der Innenhülse und der Außenhülse umschlossen und steht nicht mit der Umgebung in Kontakt. Bei den bekannten Buchsen ist die Tragfeder stets der Umgebung ausgesetzt, so daß ein besonderes Material verwendet werden muß. Bei der erfindungsgemäßen Buchse ist dies nicht mehr erforderlich.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
Vorteilhaft überlappen ein steifes Bauteil der Tragfedereinheit und ein steifes Bauteil des Abschlußstücks einander in einer Richtung senkrecht zur Hauptbelastungsrichtung. Durch diese Überlappung wird bei Bewegungen zwischen der Innenhülse und der Außenhülse ein Pumpeffekt erzielt. Dieser Pumpeffekt begünstigt das Eintreten der hydraulischen Flüssigkeit in den Überströmkanal, verbessert die Strömung durch den Überströmkanal und erhöht die hydraulische Dämpfung.
Nach einer vorteilhaften Weiterbildung sind die Tragfedereinheit und die Abschlußstücke in Hauptbelastungsrichtung hintereinander angeordnet. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Buchse.
In erster vorteilhafter Ausgestaltung sind die Tragfedereinheit und die Abschlußstücke auf die Innenhülse aufgeschoben und durch Umbördeln der Enden der Innenhülse fixiert. Hierdurch ergibt sich eine einfache Montage. Weiter können unterschiedliche Tragfedereinheiten und Abschlußstücke miteinander kombiniert werden, so daß ein modularer Aufbau der Buchse erreicht wird.
Nach einer vorteilhaften zweiten Ausgestaltung sind die Tragfedereinheit und die Innenhülse zu einem Innenteil zusammengefaßt, auf das die Anschlußstücke aufgeschoben und durch Umbördeln der Enden des Innenteils fixiert sind. Durch das Zusammenfassen der Tragfedereinheit und der Innenhülse wird die Anzahl der Montageschritte verringert.
Alternativ kann die Tragfeder direkt an die Innenhülse und die Außenhülse anvulkanisiert werden. Nach dem Aufschieben der Abschlußstücke müssen nur noch die Enden umgebördelt werden. Der Montageaufwand wird weiter verringert.
Vorteilhaft ist die Außenhülse durch Umbördeln ihrer Enden fixiert. Die Montage ist einfach und zuverlässig.
In vorteilhafter Weiterbildung ist der Überströmkanal in der Tragfedereinheit angeordnet. Die Verwendung eines . separaten Bauteils zur Ausbildung des Überströmkanals ist nicht erforderlich.
Der Überströmkanal kann geradlinig ausgebildet werden und im wesentlichen parallel zur Hauptbelastungsrichtung verlaufen. Hierdurch ergibt sich eine einfache Herstellung sowie gute Beaufschlagung des Überströmkanals. Es wird daher eine verbesserte hydraulische Dämpfung der erfindungsgemäßen Buchse erreicht.
Alternativ kann der Überströmkanal spiralförmig ausgebildet werden. Hierdurch werden eine größere Länge und eine höhere Dämpfung erreicht.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung liegen der Eintritt und der Austritt des Überströmkanals im Überlappungsbereich der steifen Bauteile der Tragfedereinheit und des Abschlußstückes. Der auf Grund der Überlappung auftretende Pumpeffekt wirkt daher gezielt auf den Überströmkanal, so daß die hydraulische Dämpfung weiter verbessert wird.
Vorteilhaft weist die Buchse zusätzlich eine Entkopplung und/oder einen Panscher auf. Hierdurch wird das Verhalten der Buchse unter Last weiter verbessert, insbesondere im höheren Frequenzbereich.
In vorteilhafter Ausgestaltung sind die Tragfedereinheit, die Abschlußstücke sowie gegebenenfalls eine Entkopplung und ein Panscher rotationssymmetrisch ausgebildet. Die rotationssymmetrische Ausbildung führt zu einer einfachen Herstellung und Montage.
Nach einer ersten vorteilhaften Weiterbildung ist die Innenhülse oder das Innenteil mit einer Öffnung zum Befüllen der Kammer mit hydrau-
lisch dämpfender Flüssigkeit versehen. Die Öffnung ist durch das Anordnen an der Innenhülse oder dem Innenteil geschützt.
Vorteilhaft ist die Öffnung nach dem Zusammenbau der Buchse durch eines der Abschlußstücke verschlossen. Das bisher erforderliche Einpressen einer Kugel in die Öffnung kann entfallen.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Weiterbildung ist mindestens eines der Anschlußstücke mit einer Öffnung zum Befüllen der Kammer mit hydraulisch dämpfender Flüssigkeit versehen. Hierdurch ergibt sich ein einfaches Befüllen. Es können auch sowohl eine Öffnung an der Innenhülse oder dem Innenteil sowie an einem der Abschlußstücke vorgesehen werden.
Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben, die schematisch in der Zeichnung dargestellt sind. Für gleiche oder funktionsidentische Bauteile werden durchgehend dieselben Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt:
Figur 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Buchse;
Figur 2 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Buchse; und
Figur 3 eine Zusammenstellung von Einzelteilen der Buchse im Längsschnitt.
Figur 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine erste Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Buchse 1 0 mit einer Innenhülse 1 1 mit einem Innenraum 27 und einer Außenhülse 1 2. Zwischen den Hülsen 1 1 , 1 2 sind eine Tragfedereinheit 32 sowie zwei Abschlußstücke 33 angeordnet. Die Tragfedereinheit 32 ist hierbei getrennt von den Abschlußstücken 33 ausgebildet. Die Buchse 1 0 kann als Federbeinlager zum Einsatz kommen oder bei einem Fahrwerk als axial dämpfende Buchse eingesetzt werden.
Zwischen der Tragfedereinheit 32 und jedem der Abschlußstücke 33 wird eine Kammer 20, 21 gebildet. Die beiden Kammern 20, 21 sind mit einer hydraulischen dämpfenden Flüssigkeit gefüllt und stehen über einen Überströmkanal 22 der Tragfedereinheit 32 in Verbindung. Die Tragfedereinheit 32 umfaßt einen Lagerkern 1 3, eine Tragfeder 14 sowie eine äußere Hülse 26. Der Lagerkern 1 3 und die äußere Hülse 26 sind hierbei im Vergleich zur Tragfeder 1 4 steif ausgebildet. Der Überströmkanal 22 ist im Lagerkern 1 3 angeordnet und verläuft im dargestellten Ausführungsbeispiel im wesentlichen gradlinig und parallel zu einer Hauptbelastungsrichtung 24 der Buchse 1 0. Diese Hauptbelastungsrichtung 24 verläuft parallel zu einer Längsachse 44 der Innenhülse 1 1 und der Außenhülse 1 2.
Die Abschlußstücke 33 weisen eine Membran 1 5, einen inneren Ring 1 6 sowie einen zur Versteifung dienenden Einsatz 1 7 auf. Die Membran 1 5 ist vollständig getrennt von der Tragfeder 14 hergestellt und besteht aus einem anderen Material.
Der Lagerkern 1 3 und der Einsatz 1 7 überlappen einander in einer Richtung senkrecht zur Hauptbelastungsrichtung 24. Der Überlappungsbe-
reich ist schematisch in Strichlinien 25 angedeutet. Eintritt 41 und Austritt 42 des Überströmkanals 22 liegen im Überlappungsbereich 25.
Unter Belastung werden die Innenhülse 1 1 und die Außenhülse 1 2 in Hauptbelastungsrichtung 24 gegeneinander verschoben. Hierdurch ändert sich das Volumen der Kammern 21 , 22, so daß die hydraulische Flüssigkeit durch den Überströmkanal 22 strömt. Die auftretende hydraulische Dämpfung wirkt der äußeren Belastung entgegen.
Auf Grund der Überlappung der steifen Bauteile 1 3, 1 7 tritt ein Pumpeffekt auf, der das Eintreten der hydraulischen Flüssigkeit in den Überströmkanal 22 begünstigt. Da Eintritt 41 und Austritt 42 im Überlappungsbereich 25 angeordnet sind, führt die im Überlappungsbereich 25 auftretende Druckerhöhung zu einer verbesserten Strömung der Flüssigkeit im Überströmkanal 22 und damit zu einer nochmals verbesserten hydraulischen Dämpfung.
Die Tragfedereinheit 32 und die Abschlußstücke 33 werden durch umgebördelte Enden 1 8a, 1 8b, 1 9a, 1 9b der Innenhülse 1 1 und der Außenhülse 1 2 fixiert. Zur Montage werden die unteren Enden 1 8a, 1 9a in die in Figur 1 dargestellte Position umgebördelt. Anschließend werden das untere Abschlußstück 33, die Tragfedereinheit 32 und das obere Abschlußstück 33 auf die Innenhülse 1 1 aufgeschoben. Gleichzeitig oder danach wird die Außenhülse 1 2 aufgesteckt. Die Ringe 1 6 der Abschlußstücke 33 und der Lagerkern 1 1 der Tragfedereinheit 32 weisen hierbei denselben Innendurchmesser auf. Der Außendurchmesser der Hülse 26 entspricht dem Außendurchmesser der Abschlußstük- ke 33. Der Außendurchmesser der Innenhülse 1 1 und der Innendurchmesser der Außenhülse 1 2 werden passend ausgewählt. Auf die-
se Weise wird ein sicherer, dichter Sitz erreicht. Anschließend wird das obere Ende 1 9b der Außenhülse 1 2 umgebördelt. Das obere Ende 1 8b der Innenhülse wird vorläufig noch nicht umgebördelt. Der Ring 1 6 der oberen Abschlußstücks 33 kann daher noch auf der Innenhülse 1 1 in Hauptbelastungsrichtung 24 verschoben werden.
Zum Befüllen der Kammern 20, 21 sowie des Überströmkanals 22 ist die Innenhülse 1 1 mit einer Öffnung 23 versehen. Für den Befüllvor- gang wird der Ring 1 6 des oberen Abschlußstücks 33 nach oben abgehoben. Anschließend wird über eine nicht näher dargestellte Einrichtung die enthaltene Luft abgesaugt und die hydraulische Flüssigkeit eingefüllt. Nach Abschluß des Einfüllens wird der Ring 1 6 wieder nach unten verschoben und verschließt hierbei die Öffnung 23. Danach werden die oberen Enden 1 8b der Innenhülse 1 1 in die in Figur 1 gezeigte Position umgebördelt. Das Einpressen einer Kugel zum Verschließen der Öffnung 23 ist nicht mehr erforderlich.
Die Tragfedereinheit 32 sowie die Abschlußstücke 33 sind rotationssymmetrisch ausgebildet und in Hauptbelastungsrichtung 24 hintereinander angeordnet. Eine bestimmte Winkelstellung zwischen der Tragfedereinheit 32 und den Abschlußstücken 33 ist nicht erforderlich. Die Montage kann daher rasch und einfach durchgeführt werden.
Durch eine Festlegung des Innendurchmessers und des Außendurchmessers der Tragfedereinheit 32 und der Abschlußstücke 33 können unterschiedliche Einzelteile der erfindungsgemäßen Buchse 10 miteinander kombiniert werden. In Abhängigkeit von den Randbedingungen werden daher eine oder auch mehrere geeignete Tragfedereinheiten 32 und Abschlußstücke 33 ausgewählt und montiert.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Buchse 1 0 in einer Ansicht ähnlich Figur 1 . Bei dieser Ausgestaltung sind die Tragfedereinheit 32 und die Innenhülse 1 1 zu einem Innenteil 31 zusammengefaßt. Die Abschlußstücke 33 werden zur Montage auf das Innenteil 31 aufgeschoben und anschließend durch Umbördeln der Enden 1 8a, 1 8b des Innenteils fixiert. Zum Befüllen dient wiederum eine Öffnung 23, die entweder an dem Innenteil oder an einem der Abschlußstücke 33 angeordnet ist. Die weiteren Bauteile sind mit denjenigen der Figur 1 identisch, so daß zu Vermeidung von Wiederholungen auf obige Ausführungen verwiesen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird das in Figur 2 dargestellte Innenteil 31 mit der Außenhülse 1 2 durch Einvulkanisieren der Tragfeder 1 4 verbunden. Die äußere Hülse 26 entfällt dann.
Figur 3 zeigt eine Zusammenstellung von Einzelteilen der Buchse 10 in einer Hülse 34 im Längsschnitt. Es sind drei unterschiedliche Tragfedereinheiten 32a, 32b, 32c dargestellt. Bei der Tragfedereinheit 32a sind zwei geradlinige Überströmkanäle 22 vorgesehen. Demgegenüber weist die Tragfedereinheit 32b einen spiralförmig entlang des Lagerkerns 1 1 verlaufenden Überströmkanal 22 auf. Zur Tragfeder 14 hin kann der Überströmkanal 22 mit einer weiteren Hülse 30 abgedeckt sein. Die Spiralform bewirkt eine Verlängerung des Überströmkanals 22 und damit eine Vergrößerung der hydraulischen Dämpfung.
Bei der Tragfedereinheit 32c ist kein Überströmkanal vorgesehen. Die Verbindung zwischen den beiden Kammern 20, 21 erfolgt dann über einen separat ausgebildeten, nicht näher dargestellten Überströmkanal.
Zur Anpassung an unterschiedliche Randbedingungen wird eine der dargestellten Tragfedereinheiten 32a, 32b, 32c ausgewählt. Innendurchmesser und Außendurchmesser sind wie in Figur 3 dargestellt identisch. Es können allerdings Tragfedereinheiten 32 unterschiedlicher Länge, unterschiedlicher Steifigkeit der Tragfeder 1 4, unterschiedlicher Größe der Ausnehmungen an der Tragfeder 1 4 sowie mit unterschiedlichen Überströmkanälen 22 verwendet werden. Es ist insbesondere die Verwendung einer Tragfedereinheit 32a mit zwei oder mehr Überströmkanälen 22 möglich.
Weiter können unterschiedliche Typen von Abschlußstücken 33a, 33b vorgesehen sein. Das Abschlußstück 33b entspricht dem in Figur 1 und 2 dargestellten. Es ist vergleichsweise steif ausgeführt, da die Membran 1 5 relativ dick ist. Alternativ ist auch der Verwendung eines Anschlußstücks 33a mit weicher Charakteristik möglich. Anstelle der Membran 1 5 wird eine dünne Membran 29 in Kombination mit einer als Anschlag dienenden Verdickung 28 auf der Innenseite des Einsatzes 1 7 vorgesehen. Der Innendurchmesser der Ringe 1 6 sowie der Außendurchmesser sind hierbei identisch.
Zur Verbesserung des Lagerverhaltens können weiter eine Entkopplung 35 und/oder ein Panscher 36 vorgesehen werden. Die Entkopplung 35 weist einen Distanzring 37 sowie eine hohle Membran 40 in einem Käfig 41 auf. Der Käfig 41 ist mit nicht näher dargestellten Öffnungen versehen, so daß die Außenseite der Membran 40 von der hydraulischen Flüssigkeit beaufschlagt wird. Belastungen der Buchse 10 mit kleiner Amplitude führen zu einer Kompression der Membran 40 ohne Strömung durch den Überströmkanal 22. Die Buchse 10 ist daher rela-
tiv weich. Erst bei Belastungen mit größerer Amplitude tritt auch eine Strömung durch den Überströmkanal 22 auf, deren hydraulische Dämpfung der Belastung entgegenwirkt. Die axiale Ausdehnung des Distanzrings 37 entspricht der des Käfigs 41 .
Der Panscher 36 weist einen Einsatz 38 zur Versteifung mit einem Überzug 39 auf. Auch hier ist ein Distanzring 37 vorgesehen. Bei der Belastung des Lagers bewegt sich der Panscher 36 gegenüber dem Distanzring 37, so daß zusätzlich eine hydraulische Dämpfung in dem Spalt zwischen dem Panscher 36 und dem Distanzring 37 erzielt wird.
Die Distanzringe 37 dienen sowohl bei der Entkopplung 35 als auch bei dem Panscher 36 als Anlageflächen für die Ringe 1 6 und den oder die Lagerkerne 1 3. Es wird sichergestellt, daß die axialen Abmessungen an der Innenhülse 1 1 den Abmessungen an der Außenhülse 1 2 entsprechen. In besonderen Ausgestaltungen kann allerdings auch auf einen oder beide Distanzringe 37 verzichtet werden. Die Ringe 1 6 der Abschlußstücke sind dann axial einwärts zum Lagerkern 1 3 hin versetzt.
Die erfindungsgemäße Buchse 1 0 weist eine wesentlich verbesserte Dämpfungswirkung auf, die auf die Überlappung des Lagerkerns 1 3 und des Einsatzes 1 7 zurückzuführen ist. Weiter ist die Tragfeder 14 gegenüber der Umgebung vollständig abgeschlossen und von den Abschlußstücken 33 getrennt. Es können daher unterschiedliche Materialien für die Tragfeder 1 4 und die Membran 1 5, 29 verwendet werden. Die Montage kann rasch und einfach durchgeführt werden. Durch die Trennung zwischen der Tragfedereinheit 32 und den Abschlußstücken 33 wird weiter ein modularer Aufbau der Buchse 1 0 erreicht, der eine Anpassung an unterschiedliche Randbedingungen ermöglicht.