DE102005047018B4

DE102005047018B4 - Elastomerlager mit hydraulischer Dämpfung

Info

Publication number: DE102005047018B4
Application number: DE200510047018
Authority: DE
Inventors: Dr. Pelz Peter; Heinz-Günther Jaschke; Dieter Ehlbeck
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Vibracoustic SE
Priority date: 2005-09-30
Filing date: 2005-09-30
Publication date: 2014-05-08
Anticipated expiration: 2025-10-01
Also published as: EP1770303B1; DE102005047018A1; EP1770303A1; JP2007100957A; JP4865478B2

Abstract

Elastomerlager mit hydraulischer Dämpfung, mit einem Lagerkern (2), einer Lagerhülse (3), einer zwischen Lagerkern und Lagerhülse angeordneten Tragfeder aus einem Elastomerkörper (4), wenigstens zwei mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitskammern (5, 6), die über mindestens einen Strömungskanal (7) miteinander verbunden sind, und wenigstens einem zwischen der Lagerhülse (3) und dem Elastomerkörper (4) eingefügten Einlegeteil (10), wobei der Freiweg des Elastomerlagers durch einen oder mehrere Endanschläge begrenzt ist, wobei das wenigstens eine Einlegeteil (10) durch eine Außenschale (11) sowie eine Innenschale (12) gebildet ist, die über sich in axialer Richtung erstreckende und in Umfangsrichtung beabstandete Stege (13) aus elastomerem Material miteinander verbunden sind, wobei die Innenschale (12) von sattelförmiger Gestalt ist und einen verstärkten Mittelbereich (15) aufweist, und wobei ein Innenradius (R) der Innenschale (12) größer als ein Außenradius (r) des Lagerkerns (2) gewählt ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Elastomerlager mit hydraulischer Dämpfung aus einem Lagerkern, einer Lagerhülse und einer zwischen Lagerkern und Lagerhülse angeordneten Tragfeder aus einem Elastomerkörper und wenigstens zwei mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitskammern, die über mindestens einen Strömungskanal miteinander verbunden sind, und bei dem der Freiweg des Lagers durch einen oder mehrere Endanschläge begrenzt ist. Zwischen dem Lagerkern und der Lagerhülse ist ein Einlegeteil eingefügt, das eine Innenschale und eine Außenschale aufweist, welche durch sich in axialer Richtung erstreckende und in Umfangsrichtung beabstandete Stege aus elastomerem Material verbunden sind.
Elastomerlager mit hydraulischer Dämpfung, auch Hydrobuchsen genannt, werden für vielfältige Zwecke eingesetzt. Die Lager sind so ausgelegt, dass sie in entgegengesetzten Richtungen wirkende Kräfte aufnehmen können. Die Hauptkraft wird dabei von dem zwischen dem Lagerkern und der Lagerhülse angeordneten Elastomerkörper aufgenommen. Hochfrequente Schwingungen, die beispielsweise vom Motor eines Fahrzeugs herrühren können bzw. über die Straße in das Fahrwerk eingeleitet werden, werden durch die in den Arbeitskammern enthaltene Flüssigkeit bei ihrem Durchfluss durch die Strömungskanäle gedämpft. Besonders große Schwingungsausschläge werden durch Endanschläge begrenzt.
Bevorzugt werden diese Elastomerlager als Fahrwerkslager verwendet und zwar zur Bedämpfung von Schwingungen in Folge von Unwuchterregungen an der in Fahrtrichtung vorderen Achse von Personenkraftwagen. In den meisten Fällen ist es am wirkungsvollsten, das Lager als Verbindungselement zwischen der in Fahrtrichtung hinteren Strebe und dem Fahrzeugaufbau anzubringen. Bei frontgetriebenen Fahrzeugen wird in Folge des Antriebsmomentes eine Zugkraft über diese Strecke eingeleitet. Beim Abbremsen werden erhebliche Druckkräfte über diese Strebe und damit auch über das Lager geleitet. Diese Druckkräfte erreichen Spitzenwerte von 30 kN bei schweren Fahrzeugen. Es ist Vorsorge dafür zu treffen, dass diese Druckkräfte das Fahrwerkslager nicht beschädigen. Die Lager werden deshalb so ausgelegt, dass im frei rollenden Zustand des Fahrzeugs, bei dem nur eine vergleichsweise kleine Widerstandskraft überwunden werden muss, die Einfederung kleiner als der Freiweg bis zum Anschlag ist. Beim Beschleunigen oder Bremsen steigen die Kräfte jedoch so stark, dass der Federweg größer als der Freiweg ist, so dass ein Anschlagen erfolgt. Dieses hat häufig eine Geräuschentwicklung zur Folge. Um dieses zu vermeiden, kann der Anschlag sehr weich ausgeführt werden, was jedoch eine Verringerung seiner Lebensdauer zur Folge hat.
Stand der Technik
JP 11-141 595 A offenbart eine Hydraulikbuchse, welche einen in die Hydraulikbuchse eingelegten Anschlag aufweist. Der Anschlag hat einen Innenabschnitt, welcher über ein Dämpfungselement mit einem Außenabschnitt verbunden ist. Das Dämpfungselement weist zwei zueinander beabstandete Abschnitte auf.
Durch die DE 43 07 559 A1 ist eine elastische Lagerbuchse bekannt geworden, welche zur zusätzlichen Dämpfung von Schwingungen mit großer Amplitude innerhalb der Federräume oberhalb und unterhalb des Elastomerkörpers an der äußeren Lagerhülse festgelegte und bis in die Nähe des Innenteils ragende elastische und angenähert topfförmig ausgebildete Anschläge hat, die zwischen sich und der Lagerhülse flüssigkeitsgefüllte Kammern einschließen, die über Kanäle miteinander verbunden sind.
Eine andere Möglichkeit zur Dämpfung von Schwingungsamplituden, die über eine Größe der Auslenkung hinausgehen und eine Dämpfung mit bestimmter progressiver Dämpfungscharakteristik ergeben, ist in der DE 196 26 535 A1 dargestellt. Dort ist zwischen dem Lagerkern und der Innenwandung der Lagerhülse in wenigstens einer der Kammern ein im Wesentlichen unelastischer hydraulisch abgestützter Verdrängungskörper angeordnet, der im unbelasteten Zustand einen vorgegebenen Abstand zu einer Bezugsfläche aufweist und zwischen dem Verdrängungskörper und einem diesen tragenden Bauteile eine Verdrängungskammer von geringer Höhe zwischen den Verdrängungsflächen bildet, die über mindestens eine Drosselöffnung mit einer der weiteren Flüssigkeitskammern in Verbindung steht. Ein solches Lager ist relativ aufwendig in seiner Herstellung. Ähnliche Ausführungsformen zu der voran stehend geschilderten, sind den DE 103 50 994 A1 und DE 103 51 069 A1 zu entnehmen.
Die EP 0 384 007 B1 zeigt eine Hülsengummifeder mit hydraulischer Dämpfung, bei der in den Arbeitskammern Anschlagpuffer vorgesehen sind, welche den Freiweg des Lagers begrenzen.
JP 2001-065 627 A , US 2004 023 90 20 A1 und US 6 352 246 B2 zeigen Hydrobuchsen, welche Endanschläge aufweisen.
Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Elastomerlager mit hydraulischer Dämpfung zu schaffen, das insbesondere bei Fahrzeugen eingesetzt werden kann, eine hohe Lebensdauer hat und bei dem es auch bei einer großen Amplitude der Schwingungen zu keiner Geräuschentwicklung kommt.
Die Lösung der gestellten Aufgabe wird durch das Elastomerlager gemäß Anspruch 1 erreicht. Die Ansprüche 2 bis 15 geben vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgegenstandes an.
Bei dem vorliegenden Lager wird in wenigstens einer der Arbeitskammern ein Einlegeteil angeordnet, das zwischen der Lagerhülse und dem Elastomerkörper eingefügt wird. Dieses Einlegeteil kann unabhängig von den anderen Lagerteilen hergestellt werden, so dass seine Wirkungsweise sehr individuell eingestellt werden kann. So kann seine Dämpfungswirkung durch Wahl der verwendeten Materialien auf die am Lager gegebenen Verhältnisse sehr genau eingestellt werden. Beispielsweise kann auch die Gleitpaarung gezielt gewählt werden. Das Einlegeteil wird durch eine Außenschale sowie eine Innenschale gebildet, die über sich axial erstreckende Stege aus elastomerem Material miteinander verbunden sind. Die Innenschale ihrerseits ist von sattelförmiger Gestalt und ist mit einem verstärkten Mittelbereich versehen. Ein Innenradius der Innenschale ist größer gewählt als ein Außenradius des Lagerkerns.
Die Ausbildung des Einlegeteils kann unterschiedlich an die Lagerform angepasst werden. Durch die Verwendung von Einlegeteilen wird eine Zweiteilung des Freiwegs des Lagers erreicht. In einen ersten Freiweg zwischen der äußeren Wand des Lagerkerns und der Innenwand der Innenschale des Einlegeteils und einen weiteren Freiweg zwischen der äußeren Wand der Innenschale und der inneren Wand der Außenschale. Diese Zweiteilung kann in beiden Richtungen der auf das Lager einwirkenden Kräfte vorgenommen werden, indem in jede Arbeitskammer ein Einlegeteil eingeführt wird. Die Außenschale wird halbkreisförmig ausgebildet und in axialer Richtung zwischen die Seitenwände der Arbeitskammer eingesetzt. Dabei liegt die Außenschale mit ihrer Außenwandung bündig an der Innenwand der Lagerhülse an.
Um eine möglichst geringe Kontaktreibung zwischen der Innenschale und dem Lagerkern zu erreichen und dadurch den Verschleiß des Anschlags zu minimieren, ist der Lagerkern im Anschlagbereich radial und axial gewölbt. Außerdem kann diese Stelle mit einer Elastomerschicht überzogen.
Ein Überzug mit einer dünnen Elastomerschicht ist auch an den einander zugewandten und zwischen den Stegen des Einlegeteils liegenden Teilflächen der Schalen vorgesehen.
Die Arbeitskammern des Lagers sind über ein in der Außenschale untergebrachten Kanal miteinander verbunden. Bevorzugt wird in jede Arbeitskammer ein Endanschlag eingefügt. Die Arbeitskammern ihrerseits sind in axialer Richtung durch Blähwände abgeschlossen. Diese Blähwände erlauben die Pumpbewegung der Kammern und den damit bewirkten Flüssigkeitsdurchfluss durch den Strömungskanal. Zur sicheren Befestigung der Blähwände mit den Lagerhülsen haben dieselben an ihren radialen Endstücken steife Endringe. Durch eine axiale Vorspannung der Blähwände werden die Endringe an die Außenschale der Einlegeteile angedrückt, so dass eine flüssigkeitsdichte Verbindung entsteht. Auch werden die Achsen des Lagerkerns und der Lagerhülse im unbelasteten Zustand des Lagers exzentrisch zueinander ausgerichtet.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend erläutert.
Es zeigt
1 das Elastomerlager im Längsschnitt,
2 das Lager im Querschnitt gemäß der Linie A-A der 1 und
3 das Lager im Querschnitt gemäß der Linie B-B der 1.
Ausführung der Erfindung
Das Elastomerlager 1 besteht aus dem Lagerkern 2, der äußeren Lagerhülse 3 und dem dazwischen angeordneten und als Tragfeder wirkenden Elastomerkörper 4. Beiderseits des Elastomerkörpers 4 sind die mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitskammern 5 und 6 vorgesehen. Dabei kommt die Arbeitskammer 5 während des Beschleunigungsvorgangs zum Einsatz und die Arbeitskammer 6 während des Bremsvorgangs. Beide Arbeitskammern 5 und 6 sind über den Strömungskanal 7 miteinander verbunden. Die Achse 8 des Lagerkerns 2 ist gegenüber der Achse 9 der Lagerhülse 3 im unbelasteten Zustand des Lagers exzentrisch zueinander angeordnet.
In jede Arbeitskammer 5, 6 ist zwischen der Lagerhülse 3 und dem Elastomerkörper 4 mit Kern 2 ein separates Einlegeteil 10 eingefügt. Dieses Einlegeteil 10 wird durch eine Außenschale 11, eine Innenschale 12 und die sich axial erstreckenden Stege 13 aus einem elastischem Material gebildet. Die Außenschale 11 kann aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein. Ein metallischer Druckguß oder die Verwendung anderen Materials ist jedoch auch möglich. Auf ihren Außenseiten sind sie die Außenschalen 11 in Umfangsrichtung mit den Kanälen 7 versehen, welche die beiden Kammern 5, 6 miteinander verbinden. Das Strömungsmittel wird hier in den Strömungskanälen 7 als Dämpfungsmasse verwendet. Die Innenschale 12 kann aus dem gleichen Material wie die Außenschale 11 hergestellt werden. Während die Außenschale 11 halbkreisförmig ausgebildet ist und in axialer Richtung sich zwischen den Seitenwänden 14 der Arbeitskammern 5, 6 erstreckt, sind die Innenschalen 12 von sattelförmiger Gestalt mit einem verstärkten Mittelbereich 15. Die Außenschale 11 liegt mit ihrer Außenwand bündig an der Lagerhülse 3 an. Der Innenradius R der Innenschale 12 wird größer gewählt als der Außenradius r des Lagerkerns 2, so dass die zur Anlage kommenden Teile von Lagerkern 2 und Innenschale 12 eine möglichst geringe Fläche überdecken. Zur Unterstützung dieses Vorgangs ist der Lagerkern 2 im Anschlagbereich zur Innenschale 12 auch axial ausgewölbt. Außerdem ist der Lagerkern 2 im Anschlagbereich mit einer Elastomerschicht 16 überzogen. Eine entsprechende Elastomerschicht 17 ist auch an den einander zugewandten zwischen den Stegen 13 liegenden Teilflächen der Schalen 11 und 12 vorhanden. Die Seitenwände 14 der Arbeitskammern 5, 6 sind als Blähwände ausgebildet, d. h. unter starker Belastung geben sie dem Innendruck der Flüssigkeit in den Kammern 5, 6 nach und knicken nach innen ein. Dieser Vorgang wird durch die nach innen gerichtete Auswölbung der Blähwände 14 begünstigt. Dabei kommen die Blähwände 14 an den axialen Randflächen der Innenschalen 12 zur Anlage und rollen bei weiterer Einfederung daran ab. Die radialen Endstücke 26 der Blähwände 14 sind mit steifen Endringen 19 aus einem Kunststoff oder Metall versehen. Während der Montage des Lagerkerns 2 mit Tragfeder und den Einlegeteilen 10 in die Lagerhülse 3, werden die Innenteile des Lagers 1 axial vorgespannt. Dieses geschieht durch Einpressen der Innenteile des Lagers in die Lagerhülse 3, wobei die axialen Enden der Lagerhülse 3 umgebördelt werden.
In den 1 und 2 ist das Lager jeweils in unbelastetem Zustand eingezeichnet. In diesem Fall liegen die Achsen 8 und 9 von Lagerkern 2 und Lagerhülse 3 mit dem Abstand 20 zueinander. Der Elastomerkörper 4 hält den Lagerkern 2 in der gezeigten Position. Dabei liegt der Lagerkern 2 mit seiner durch die Elastomerschicht 16 gebildeten Außenwandung im Anschlagbereich des Lagers an der Innenwand 21 der oberen Innenschale 12 an. Am unteren Teil der Figuren ist zwischen dem Lagerkern 2 und der Innenwand 21 der Innenschale 12 dann der Freiweg 22 vorhanden. Dieser Freiweg 22 wird bei einer Belastung des Lagers jedoch etwa um die Hälfte reduziert, nämlich um den Abstand 20 zwischen den Achsen 8 und 9, die bei Belastung etwa übereinander zu liegen kommen. Es ist dann sowohl im oberen Teil der Figuren als auch im unteren Teil der Figuren ein etwa gleicher Freiweg 22 vorhanden, welcher dem Federweg bei normalem Betrieb des Lagers entspricht. Je nach Amplitude der Schwingung federt das Lager zwischen dem Lagerkern 2 und der Innenschale 12. Dabei erfolgt gleichzeitig eine Dämpfung von Schwingungen über den Strömungskanal 7 zwischen den beiden Arbeitskammern 5 und 6. Sobald die Schwingungsamplitude den Freiweg 22 überschreitet, wird das betroffene Einlegeteil 10 wirksam. Der an der Innenwand 21 der Innenschale 12 anliegende Lagerkern 2 drückt die Innenschale 12 radial nach außen und es erfolgt eine Verringerung des weiteren Freiwegs 23, der durch den Abstand der durch die Elastomerschichten 17 überdeckten Wandbereiche zwischen Innenschale 12 und Außenschale 11 des Lagers gebildet ist. Die Stege 13 werden zusammengedrückt und zwar so lange, bis die beiden Elastomerschichten 17 und damit die Innenschale 12 und Außenschale 11 aneinander anliegen, wodurch der Endanschlag erreicht ist. Die Materialwahl für die Stege 13 und auch deren konstruktive Ausbildung wird so gewählt, dass der gewünschte weiche Anstieg beim Endanschlag mit zunehmender Kraft erreicht wird. Auf diese Weise wird ein äußerst hoher Fahrtkomfort erzielt.
In der 3 ist der Verlauf des Strömungskanals 7 wiedergegeben. Über die Öffnungen 24 und 25 ist der Strömungskanal 7 mit den Arbeitskammern 5 und 6 verbunden. Die Einlegeteile 10 sind in vorliegendem Falle identisch ausgebildet und symmetrisch zueinander angeordnet.
Im Rahmen des Erfindungsgedankens kann es vorteilhaft sein, wenn die Außenschale und die Stege aus dem gleichen elastomeren Material sind. Der Vulkanisationsvorgang wird dadurch vereinfacht. Die Gummikontur übernimmt dann die Funktion der Außenschale.

Claims

Elastomerlager mit hydraulischer Dämpfung, mit einem Lagerkern (2), einer Lagerhülse (3), einer zwischen Lagerkern und Lagerhülse angeordneten Tragfeder aus einem Elastomerkörper (4), wenigstens zwei mit Flüssigkeit gefüllten Arbeitskammern (5, 6), die über mindestens einen Strömungskanal (7) miteinander verbunden sind, und wenigstens einem zwischen der Lagerhülse (3) und dem Elastomerkörper (4) eingefügten Einlegeteil (10), wobei der Freiweg des Elastomerlagers durch einen oder mehrere Endanschläge begrenzt ist, wobei das wenigstens eine Einlegeteil (10) durch eine Außenschale (11) sowie eine Innenschale (12) gebildet ist, die über sich in axialer Richtung erstreckende und in Umfangsrichtung beabstandete Stege (13) aus elastomerem Material miteinander verbunden sind, wobei die Innenschale (12) von sattelförmiger Gestalt ist und einen verstärkten Mittelbereich (15) aufweist, und wobei ein Innenradius (R) der Innenschale (12) größer als ein Außenradius (r) des Lagerkerns (2) gewählt ist.
Elastomerlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiweg des Lagers (1) aus einem ersten Freiweg (22) zwischen der äußeren Wand (16) des Lagerkerns (2) und der Innenwand (21) der Innenschale (12) des Einlegeteils (10) und einem weiteren Freiweg (23) zwischen der äußeren Wand (17) der Innenschale (12) und der inneren Wand (17) der Außenschale (11) besteht.
Elastomerlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale (11) halbkreisförmig ausgebildet ist und sich in axialer Richtung zwischen den Seitenwänden (14) der Arbeitskammern (5, 6) erstreckt.
Elastomerlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschale (11) mit ihrer Außenwand bündig in die Lagerhülse (3) einsetzbar ist.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkern (2) im Anschlagbereich radial und axial gewölbt ist.
Elastomerlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerkern (2) im Anschlagbereich mit einer Elastomerschicht (16) überzogen ist.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einander zugewandten und zwischen den Stegen (13) liegenden Teilflächen der Schalen (11, 12) jeweils mit einer dünnen Elastomerschicht (17) überzogen sind.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammern (5, 6) über einen in der Außenschale (11) untergebrachten Kanal (7) miteinander verbunden sind.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder Arbeitskammer (5, 6) ein Einlegeteil (10) vorhanden ist.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitskammern (5, 6) in axialer Richtung durch Blähwände (14) abgeschlossen sind.
Elastomerlager nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die radialen Endstücke (26) der Blähwände (14) mit steifen Endringen (19) versehen sind.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blähwände (14) axial vorgespannt sind.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (8) des Lagerkerns (2) und die Achse (9) der Lagerhülse (3) im unbelasteten Zustand des Lagers (1) exzentrisch zueinander liegen.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten der Blähwände (14) beim Einfederungsvorgang sich an den axialen Randflächen der Innenschalen (12) abstützen und daran abrollen.
Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenschalen (11) und die zugehörigen Stege (13) integrale Elemente sind und aus dem gleichen elastomeren Material bestehen.