DE4437923C1 - Gummilager mit hydraulischer Dämpfung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Gummilager mit hydraulischer Dämpfung, umfassend ein Traglager und ein Auflager, die durch ein ringförmiges Federelement aus gummielastischem Werkstoff verbunden sind und einen flüssigkeitsgefüllten Arbeitsraum umschließen, der durch eine Trenn­ wand von einem volumenveränderlichen Ausgleichsraum getrennt ist, wobei der Arbeits- und der Ausgleichsraum durch einen Drosselkanal flüssigkeitslei­ tend verbunden sind und wobei die Trennwand nur aus einer im wesentlichen ebenen, kreisförmigen Scheibe besteht, die außenumfangsseitig flüssigkeitsdicht und fest eingespannt mit dem Traglager verbunden und in Richtung der eingeleiteten Schwingungen elastisch nachgiebig hin- und herbewegbar ist.

Ein solches Gummilager ist aus der JP 57-130826 A bekannt. Das Gummilager weist eine Drosselöffnung innerhalb der Trennwand auf, wobei die Trennwand durch eine hochelastische Platte gebildet ist, die den Arbeits- und den Aus­ gleichsraum begrenzt. Dabei ist allerdings zu beachten, daß durch die Verwen­ dung eines hochelastischen Werkstoffs die Dämpfungseigenschaften des vor­ bekannten Lagers nachteilig beeinflußt werden. Bei Einleitung tieferfrequenter Schwingungen in das vorbekannte Lager bewirkt der hochelastische Werkstoff eine vergleichsweise große Dehnung der Trennwand und daraus resultieren ei­ ne große Volumenänderung des Arbeits- oder des Ausgleichsraums. Die Ent­ kopplung höherfrequenter Schwingungen ist bei dem vorbekannten Lager in wenig zufriedenstellender Weise zu niederen Frequenzen hin erweitert, und die Dämpfung des Lagers ver­ ringert sich erheblich durch die großen Volumenänderungen bei Druckaufbau in einer der beiden Kammern.

Ein weiteres Gummilager ist aus der DE 41 26 673 C2 bekannt. Die Trenn­ wand besteht aus einem formstabilen, tiefgezogenen Metallteil, das relativ un­ beweglich mit dem Traglager verbunden ist. Zur Isolierung akustisch störender, höherfrequenter Schwingungen ist ein nachgiebiger Wandabschnitt aus gum­ mielastischem Werkstoff vorgesehen, der eine zentrale Durchbrechung der Trennwand relativ schwingfähig überdeckt. Zur Dämpfung tiefer frequenter Schwingungen mit vergleichsweise größeren Amplituden wird die Dämp­ fungsflüssigkeit zwischen dem Arbeitsraum und dem Ausgleichsraum durch den Drosselkanal hin- und herbewegt. Der Drosselkanal ist ringförmig gestaltet und bildet einen Teil des Traglagers, wobei die Verbindung zwischen Arbeits­ raum und Ausgleichsraum durch eine Durchbrechung der Trennwand erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Gummilager mit hydraulischer Dämpfung derart weiter zu entwickeln, daß eine verbesserte Entkopplung von hochfrequenten und tieffrequenten Schwingungen bewirkt wird, wobei das Gummilager durch eine einfache Ausgestaltung der Trennwand einen einfachen Aufbau aufweisen und in wirtschaftlicher und fertigungstechnischer Hinsicht kostengünstig und einfach herstellbar sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß die Scheibe aus einer Metallfolie besteht, die eine Dicke von 0,2 bis 0,7 mm aufweist. Hierbei ist von Vorteil, daß eine nur aus einer Scheibe bestehende Trennwand die einfachste Möglichkeit ist, flüssigkeitsgefüllte Arbeits- und Ausgleichsräume bei hydraulisch dämpfenden Gummilagern voneinander zu trennen und eine Entkoppelung von hochfrequenten und niederfrequenten Schwingungen zu bewirken. Das Gummilager weist durch die einfache Ausgestaltung der Trennwand einen einfachen Aufbau auf und ist in wirtschaftlicher und fertigungstechnischer Hinsicht kostengünstig und einfach herstellbar. Kleinamplitudige Schwingungen vergleichsweise hoher Frequenz werden derart isoliert, daß sich die aus einer zähharten Metallfolie bestehende Scheibe in Richtung der eingeleiteten Schwingungen hin- und herbewegt. Trotz der festen Einspannung der Scheibe am Traglager und der Verwendung eines zähharten Metalls sind geringe Auslenkungen zur Isolierung hochfrequen­ ter, kleinamplitudiger Schwingungen mit Schwingungsamplituden von bis zu 0,25 mm bei einer Frequenz von 200 Hz möglich. In diesem Betriebszustand wird die Scheibe nur elastisch verformt. Plastische Verformungen treten dem­ gegenüber nicht auf.

Zur Dämpfung niederfrequenter Schwingungen wird die Dämpfungsflüssigkeit zwischen Arbeits- und Ausgleichsraum in Resonanzschwingungen versetzt. Tieferfre­ quente, großamplitudige Schwingungen, die beispielsweise beim Überfahren von Bordsteinkanten mit einem Kraftfahrzeug entstehen, werden dadurch ge­ dämpft. Der Drosselkanal kann in Abhängigkeit von der jeweiligen Konstruktion des Lagers unterschiedlich ausgebildet sein. Bevorzugt gelangen jedoch ring­ förmige Drosselkanäle zur Anwendung, deren Länge und Querschnitt auf die zu dämpfende Schwingungen abgestimmt ist.

Die Scheibe besteht aus einer dünnen Folie aus metallischem Werkstoff und weist eine Dicke von 0,2 bis 0,7 mm, bevorzugt 0,25 bis 0,5 mm auf. Die Scheibe kann beispielsweise aus Stahl oder Aluminium bestehen. Durch die geringe Dicke erfolgt eine Durchbiegung der Scheibe trotz der festen Einspannung bei Einleitung von Schwingungen in das Lager. Die geringe Mas­ senträgheit der dünnen Scheibe begünstigt eine effektive Schwingungsisolie­ rung hochfrequenter kleinamplitudiger Schwingungen.

Die Scheibe kann zumindest einen im wesentlichen ohne Werkstoffentnahme durchtrennenden Schnitt aufweisen, der als Überströmventil ausgebildet ist. Das Überströmventil kann doppelt wirkend ausgebildet sein. Das Überström­ ventil ist zur Begrenzung von Druckspitzen vorgesehen, um bei plötzlich einge­ leiteten großamplitudigen Schwingungen eine Beschädigung/Zerstörung des Gummilagers zu vermeiden oder zur Vermeidung von Klappergeräuschen durch Kavitation. Bei einem derartigen Betriebszustand wird Dämpfungsflüssigkeit aus dem Arbeits- oder Ausgleichsraum durch den Drosselkanal und das Über­ strömventil in den Ausgleichs- oder Arbeitsraum geleitet. Ist demgegenüber die Druckspitze abgebaut, ist das Überströmventil geschlossen und das Lager funktioniert wie eingangs beschrieben. Das Überströmventil kann derart aus­ gebildet sein, daß es in Zug- und/oder Druckrichtung des Gummilagers einsei­ tig wirksam ist. Das Überströmventil kann in Zug- und/oder Druckrichtung des Gummilagers eine übereinstimmende oder voneinander abweichende Dämp­ fungscharakteristik aufweisen. In manchen Anwendungsfällen hat es sich als sinnvoll erwiesen, wenn die Dämpfung der Zug- und Druckstufe des Gummi­ lagers voneinander abweichend ausgelegt sind. Die Schnittführung zur Erzeu­ gung des Überströmventils kann in Abhängigkeit von den Gegebenheiten des Anwendungsfalles unterschiedlich ausgebildet sein. Die Schnittführung kann beispielsweise dachförmig, spiralförmig oder halbkreisförmig ausgeführt sein.

Das erfindungsgemäße Gummilager wird nachfolgend anhand der Zeichnungen weiter erläutert. Diese zeigen die zu berücksichtigenden Einzelkomponenten teilweise in schematischer Darstellung.

Es zeigen

Fig. 1 bis 3 ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gummilage in voneinander abweichenden Betriebszuständen,

Fig. 4 bis 6 zwei Ausführungsbeispiele von kreisförmigen Scheiben, die die Trennwand bilden.

In den Fig. 1 bis 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines Gummilagers mit hydrauli­ scher Dämpfung gezeigt, das ein Traglager 1 und ein Auflager 2 aufweist, die durch ein ringförmig ausgebildetes Federelement 3 aus elastomerem Werkstoff verbunden sind. Das Gummilager umfaßt einen Arbeitsraum 4 und einen Aus­ gleichsraum 6, die durch die Trennwand 5 räumlich voneinander getrennt sind und durch einen ringförmig ausgebildeten Drosselkanal 7 flüssigkeitsleitend miteinander in Verbindung stehen. Die Trennwand 5 ist in diesem Ausfüh­ rungsbeispiel durch eine ebene, kreisförmige Scheibe 9 aus metallischem Werkstoff gebildet und weist eine Dicke von 0,5 mm auf. Die Scheibe 9 ist im Bereich ihres Außenumfangs flüssigkeitsdicht und fest eingespannt mit dem Traglager 1 verbunden, wobei das Traglager 1 die Begrenzungswandung des Drosselkanals 7 bildet. Der Ausgleichsraum 6 ist in axialer Richtung einerseits durch die Trennwand und in axialer Richtung andererseits durch eine roll­ balgartig ausgebildete Membran begrenzt, die geeignet ist, aus dem Arbeits­ raum 4 verdrängte Flüssigkeitsvolumina im wesentlichen drucklos aufzuneh­ men. Auf der dem Auflager 2 abgewandten Seite ist ein mit zumindest einer Ausnehmung 14 versehener, im wesentlichen topfförmiger Befestigungs­ flansch 12 angeordnet, der mit einer napfartig ausgebildeten Verdrehsicherung 13 ausgebildet ist. Der Flansch 12 ist umfangsseitig vom Traglager 1 um­ schlossen.

Das hier gezeigte Gummilager gelangt als Motorlager in Verbrennungskraftma­ schinen zur Anwendung.

In Fig. 1 ist das erfindungsgemäße Gummilager im eingebauten Zustand unter statischer Vorlast gezeigt. Die als Trennwand 5 ausgebildete Scheibe 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel vollkommen eben ausgebildet und weist im Be­ reich des Drosselkanals 7 eine Durchbrechung 11 auf, um die flüssigkeitslei­ tende Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Ausgleichsraum 6 herstellen zu können.

In Fig. 2 ist das Lager aus Fig. 1 gezeigt, wenn kleinamplitudige, hochfre­ quente Schwingungen in das Lager eingeleitet werden. Eine Flüssigkeitsverla­ gerung vom Arbeitsraum 4 durch den Drosselkanal 7 in den Ausgleichsraum 6 oder umgekehrt findet nicht statt. Die Isolierung hochfrequenter Schwingungen erfolgt durch eine elastische Auslenkung der Scheibe 9 in Richtung der einge­ leiteten Schwingungen 8. Ein davon abweichender Betriebszustand kann ebenfalls anhand Fig. 2 erklärt werden. Bei Einleitung tieffrequenterer Schwin­ gungen mit vergleichsweise größerer Amplitude nimmt die Scheibe 9 eben­ falls die hier gezeigte Position ein. Gezeigt ist in Fig. 2 die maximale Auslen­ kung der Scheibe 9 in Richtung der eingeleiteten Schwingungen 8. Zur Dämp­ fung der tieffrequenten Schwingungen erfolgt eine Flüssigkeitsverlagerung vom Arbeitsraum 4 durch den Drosselkanal 7 in den Ausgleichsraum 6.

In Fig. 3 ist ein Gummilager ähnlich den Fig. 1 und 2 gezeigt, wenn das Trag­ lager 1 und das Auflager 2 plötzlich sehr schnell relativ aufeinanderzubewegt werden. Um die entstehende Druckspitze möglichst rasch abbauen zu können und eine Beschädigung des Gummilagers dadurch zuverlässig zu vermeiden, ist ein die Scheibe 9 durchtrennender Schnitt 10 vorgesehen, der als Überström­ ventil ausgebildet ist. Das Überströmventil klappt in Fig. 3 in Richtung des Raums mit vergleichsweise niedrigerem Druck auf und gibt eine Überströmöff­ nung frei, durch die zusätzliche Flüssigkeitsbestandteile vom Arbeitsraum 4 in den Ausgleichsraum 6 hineingelangen. Ist die Druckspitze anschließend abgebaut, schließt das Überströmventil die Öffnung in der Scheibe 9.

In den Fig. 4 bis 6 sind drei Ausführungsbeispiele einer Scheibe 9 gezeigt, die jeweils mit einem Überströmventil ausgebildet sind.

In Fig. 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der Scheibe 9 gezeigt, die mit ei­ nem dachförmig ausgebildeten und doppelt wirkenden Überströmventil verse­ hen ist. Die Scheibe 9 ist mit einer Durchbrechung 11 versehen, um die flüs­ sigkeitsleitende Verbindung zwischen dem Arbeitsraum 4 und dem Ausgleichs­ raum 6 herzustellen.

Von Fig. 4 abweichende Ausgestaltungen der Scheibe sind ebenfalls denkbar, beispielsweise mit zwei jeweils einseitig wirksamen Überströmventilen, die eine voneinander abweichende Größe und/oder Federcharakteristik aufweisen. Die Zug- und Druckstufe der Dämpfung des Gummilagers kann dadurch besser an die jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles angepaßt werden. Der im wesentlichen dachförmige Schnitt ist jeweils parabelförmig ausgeführt, so daß sich eine progressive Öffnungscharakteristik des Überströmventil ergibt.

In Fig. 5 ist das Überströmventil durch einen spiralförmig ausgeführten Schnitt 10 gebildet, wobei sich auch bei einer solchen Ausgestaltung eine progressive Öffnungscharakteristik des Überströmventils ergibt.

In Fig. 6 ist das Überströmventil nur einseitig wirksam ausgebildet, wobei das Überströmventil durch einen Druck 15 geöffnet wird, jedoch bei einem Druck aus der Gegenrichtung 16 geschlossen bleibt.

Claims (3)

1. Gummilager mit hydraulischer Dämpfung, umfassend ein Traglager und ein Auflager, die durch ein ringförmiges Federelement aus gummielasti­ schem Werkstoff verbunden sind und einen flüssigkeitsgefüllten Arbeits­ raum umschließen, der durch eine Trenn­ wand von einem volumenveränderlichen Ausgleichsraum getrennt ist, wobei der Arbeits- und der Ausgleichsraum durch einen Drosselkanal flüssigkeitsleitend verbunden sind und wobei die Trennwand nur aus einer im wesentlichen ebenen, kreisförmigen Scheibe besteht, die außenumfangsseitig flüssigkeitsdicht und fest eingespannt mit dem Traglager verbunden und in Richtung der eingeleiteten Schwingungen elastisch nachgiebig hin- und herbewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) aus einer Metallfolie besteht, die eine Dicke von 0,2 bis 0,7 mm aufweist.

2. Gummilager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (9) zumindest einen sie im wesentlichen ohne Werkstoffentnahme durchtrennenden Schnitt (10) aufweist, der als Überströmventil ausge­ bildet ist.

3. Gummilager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Über­ strömventil einseitig wirkend ausgebildet ist.