DE10200590A1

DE10200590A1 - Hydraulisch dämpfendes Elastomerlager

Info

Publication number: DE10200590A1
Application number: DE2002100590
Authority: DE
Inventors: Ralf Berner
Original assignee: PAGUAG GmbH
Current assignee: PAGUAG GmbH
Priority date: 2002-01-10
Filing date: 2002-01-10
Publication date: 2003-07-31

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch dämpfendes Elastomerlager (1), insbesondere als Radiallager zur Schwingungsdämpfung in KFZ-Fahrwerken, mit einem metallenen Außenteil (2), einem metallenen Innenteil (3) und einem zwischen Außenteil (2) und Innenteil (3) angeordneten Elastomerkörper (4), der mit dem Außenteil (2) wenigstens zwei mit Dämpfungsflüssigkeit befüllte Arbeitskammern (5, 5') bildet. Wenigstens eine erste Arbeitskammer (5) ist durch einen ein Ventil aufnehmenden Einsatz (6) in eine Dämpfungskammer (7) und eine Ausgleichskammer (8) unterteilt. Bei Schwingungen kleinerer Amplitude sind eine nahezu dämpfungsfreie Kommunikation zwischen der Dämpfungskammer (7) und der Ausgleichskammer (8) und eine nahezu dämpfungsfreie Kommunikation zwischen den Arbeitskammern (5, 5') möglich, wobei das Ventil bei Schwingungen größerer Amplitude einen Dämpfungskanal (12) wirksam stellt. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Ventil den Dämpfungskanal (12) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch dämpfendes Elastomerlager, insbesondere als Radiallager zur Schwingungsdämpfung in Kfz-Fahrwerken, mit einem metallenen Außenteil, einem metallenen Innenteil sowie einem zwischen Außenteil und Innenteil angeordneten Elastomerkörper, der mit dem Außenteil wenigstens zwei mit Dämpfungsflüssigkeit befüllte Arbeitskammern bildet, wobei wenigstens eine erste Arbeitskammer durch einen ein Ventil aufnehmenden Einsatz in eine Dämpfungskammer und eine Ausgleichskammer unterteilt ist, bei Schwingungen kleinerer Amplitude eine nahezu dämpfungsfreie Kommunikation zwischen der Dämpfungskammer und der Ausgleichskammer und eine nahezu dämpfungsfreie Kommunikation zwischen den Arbeitkammern möglich sind, und wobei das Ventil bei Schwingungen größerer Amplitude einen Dämpfungskanal wirksam stellt.

Ein hydraulisch dämpfendes Elastomerlager der eingangs genannten Art ist aus der US 5,887,844 bekannt. Dort ist eine Arbeitskammer in eine Dämpfungskammer und in eine Ausgleichskammer unterteilt, wobei das Ventil als Flatterscheibe ausgebildet ist. Die Dämpfungskammer wird durch den Elastomerkörper und einen die Flatterscheibe aufnehmenden Einsatz begrenzt. Durch einen Drosselkanal ist die Dämpfungskammer mit einer zweiten Arbeitskammer verbunden. Die Ausgleichskammer wird durch ein metallenes Außenteil und den Einsatz begrenzt, wobei die Ausgleichskammer durch eine Verbindungskammer mit der zweiten Arbeitskammer verbunden ist.

Wird das Lager (Radialbuchse) radial belastet, so erfährt eine der Arbeitskammern eine Volumenverringerung, die andere Kammer eine Volumenvergrößerung. In der durch den Einsatz unterteilten Arbeitskammer erfährt die dem Elastomerlager zugewandte Dämpfungskammer eine Volumenänderung. Bei Schwingungen kleinerer Amplitude findet durch die Flatterscheibe ein Druckausgleich zwischen der Dämpfungskammer und der Ausgleichskammer statt. Da die Ausgleichskammer durch die Verbindungskammer mit der zweiten Arbeitskammer verbunden ist, findet auch ein Druckausgleich zwischen Ausgleichskammer und Arbeitskammer und damit auch indirekt ein Druckausgleich zwischen Dämpfungskammer und zweiter Arbeitskammer statt. Dies bedeutet, dass der zwischen Dämpfungskammer und zweiter Arbeitskammer verlaufende Dämpfungskanal bei Schwingungen kleinerer Amplitude aufgrund der fehlenden Druckdifferenz zwischen Dämpfungskammer und Arbeitskammer unwirksam gestellt wird.

Wenn die Schwingungsamplituden des Elastomerkörpers größer werden, stößt die Flatterscheibe wegen der größeren bewegten Flüssigkeitsvolumina bei dem Versuch, einen Druckausgleich zwischen den Kammern herzustellen, gegen ihre Bewegungsbegrenzungen. In diesem Fall ist ein Druckausgleich zwischen den Kammern über die Flatterscheibe nicht mehr möglich. Die sich dann einstellende Druckdifferenz zwischen Dämpfungskammer und der zweiten Arbeitskammer führt zu einem Fluss der Dämpfungsflüssigkeit durch den Dämpfungskanal. Dabei wird Dämpfungsarbeit verrichtet. Folglich werden Schwingungen größerer Amplitude gedämpft, während Schwingungen kleinerer Amplitude nahezu ungedämpft bleiben.

Durch die Auswahl der Flatterscheibe und dem Spiel der Flatterscheibe zwischen ihren Bewegungsbegrenzungen lässt sich die Schwingungsamplitude einstellen, bis zu der im Elastomerlager keine Dämpfung stattfindet. Durch die Länge des Dämpfungskanals sowie durch die Querschnittsfläche des Dämpfungskanals werden die Dämpfungseigenschaften des Elastomerlagers festgelegt, die, wie oben bereits dargelegt, aber erst bei Schwingungen größerer Amplituden zum Tragen kommen.

Um die Dämpfungseigenschaften eines Lagers relativ einfach einstellen zu können, ist - wie auch in der US 5,887,844 - verschiedentlich vorgeschlagen worden, in das Lager starre Bauteile austauschbar einzusetzen, in denen Strömungskanäle oder Strömungsverbindungen als Dämpfungskanäle vorgesehen sind. Aus der DE 196 16 638 C2 ist beispielsweise ein hydraulisch dämpfendes Buchsenlager bekannt, in dessen Innenteil stirnseitig umlaufende axial offene Ringnuten vorgesehen sind, über die axial erstreckende Arbeitskammern des Lagers kommunizieren. In die Ringnuten sind jeweils mehrteilige Ringe eingeklipst, die Drosselkanäle auszubilden.

Durch den Austausch der starren Bauteile lassen sich somit zwar die Dämpfungseigenschaften des Elastomerlagers einstellen, jedoch nicht die Schwingungsamplitude, ab der die Schwingung gedämpft wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Elastomerlager bereitzustellen, das einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist und hinsichtlich der Dämpfungseigenschaften und auch der Schwingungsamplitude, ab der Schwingungen gedämpft werden, verhältnismäßig einfach eingestellt werden kann.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Ventil den Dämpfungskanal umfasst. Somit bestimmt das Ventil sowohl die Dämpfungseigenschaften als auch die maximale, ungedämpfte Schwingungsamplitude. Folglich kann durch den Austausch des Ventils die gesamte Charakteristik des Elastomerlagers geändert werden.

Vorteilhafterweise ist der Einsatz als separates Bauteil ausgeführt, das in die Arbeitskammer eingesetzt werden kann. Dadurch können in besonders einfacher Weise in einem gleichen Elastomerlager Einsätze mit unterschiedlichen Ventilen verwendet werden und ohne weiteres ausgetauscht werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Einsatz durch den Elastomerkörper und dem metallenen Außenteil derart fixiert, dass keine Befestigungsmittel notwendig sind. Dies vereinfacht die Herstellung des Elastomerlagers und auch den Austausch der Einsätze.

Vorzugsweise kann eine Verbindungskammer die Ausgleichskammer der ersten Arbeitskammer mit einer zweiten Arbeitskammer verbinden. Dadurch ist eine Kommunikation zwischen den beiden Arbeitskammern möglich. Sowohl bei Schwingungen kleiner Amplitude als auch Schwingungen größerer Amplituden fließt Dämpfungsflüssigkeit durch die Verbindungskammer.

Det Einsatz kann als Ventil eine Flatterscheibe aufnehmen, die in dem Einsatz verschiebbar angeordnet ist, wobei die Flatterscheibe mit dem Dämpfungskanal durchzogen ist. Durch die Verschiebbarkeit der Flatterscheibe können Dämpfungskammer und Ausgleichskammer miteinander kommunizieren. Darüber hinaus kann eine Kommunikation zwischen den zwei Kammern durch eine Flüssigkeitsströmung durch den Dämpfungskanal erfolgen. Da das Verschieben der Flatterscheibe mit einem wesentlich geringeren Energieaufwand als das Durchströmen des Dämpfungskanals verbunden ist, erfolgt eine Kommunikation zwischen den getrennten Kammern im Wesentlichen nur durch Verschiebung der Flatterscheibe. Erst wenn aufgrund Schwingungen größerer Amplitude die begrenzte Verschiebbarkeit der Flatterscheibe der im Wesentlichen dämpfungsfreien Kommunikation zwischen Dämpfungskammer und Ausgleichskammer entgegensteht, wird Flüssigkeit durch den Dämpfungskanal gedrückt. Dies bedeutet, dass erst bei Schwingungen größerer Amplitude Dämpfungsarbeit im nennenswerten Umfang geleistet wird.

Der Dämpfungskanal kann beispielsweise in der Flatterscheibe mäanderförmig verlaufend ausgebildet sein. Eine im Querschnitt rechteckige Flatterscheibe muss dabei eine ausreichende Dicke aufweisen muss, um Kanal mit einem entsprechenden Kanalquerschnitt aufnehmen zu können.

Zweckmäßigerweise ist die Flatterscheibe zweiteilig ausgebildet. Diese kann beispielsweise aus Metallteilen zusammengesetzt sein.

Vorzugsweise ist die Verbindungskammer derart bemessen, dass die sich darin einstellenden Flüssigkeitsströmungen zu keiner nennenswerten Dämpfungsarbeit im Lager führen. Bei Schwingungen kleiner Amplitude kommunizieren die beiden Arbeitskammern über diese Verbindungskammer, so dass der Dämpfungskanal unwirksam gestellt wird. Da in der Verbindungskammer nahezu keine Dämpfungsarbeit verrichtet wird, werden Schwingungen kleiner Amplituden nicht gedämpft. Auch bei hohen Frequenzen sind die Geschwindigkeiten der Flüssigkeitsbewegung in der Verbindungskammer so klein, dass Strömungsverluste bzw. Dämpfungsarbeit vermieden werden können.

Vorteilhafterweise weist der Einsatz Endanschläge auf, zwischen denen die Flatterscheibe verschiebbar ist. Durch die Wahl des Abstandes zwischen den Endanschlägen kann der maximale Weg bzw. das Spiel der Flatterscheibe festgelegt werden. Die Flatterscheibe kann dabei in der Größenordnung von wenigen 1/10 mm (beispielsweise 7/10 mm) im Einsatz verschiebbar sein. Der Abstand der Endanschläge des Einsatzes entspricht dann der Dicke der Flatterscheibe zuzüglich des Spiels von wenigen Zehnteln mm.

Aufgrund der Position der Flatterscheibe in einer Arbeitskammer kann die mit der Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagte Fläche der Flatterscheibe größer als der größte Strömungsquerschnitt der Verbindungskammer sein. Unter Strömungsquerschnitt der Verbindungskammer ist die Querschnittsfläche der Kammer zu verstehen, die sich senkrecht zu der Richtung der sich in der Kammer einstellenden Flüssigkeitsbewegung erstreckt. Damit kann das Elastomerlager unabhängig von der Größe und Gestaltung der Verbindungskammer auf eine Schwingungsamplitude ausgelegt werden, bis zu der Schwingungen im Lager nicht gedämpft werden. Auch der die beiden Arbeitskammern verbindende Raum, die Verbindungskammer, kann unabhängig von Größe und Gestalt des Ventils optimal ausgelegt werden.

Die Verbindungskammer kann vorteilhafterweise zwischen dem Elastomerkörper und dem metallenen Außenteil angeordnet sein.

Vorzugsweise weist das metallene Außenteil eine zylindrische Form auf. Die Verbindungskammer kann in diesem Fall die Form eines Ringraumes annehmen.

Die Erfindung wird anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein Elastomerlager im Querschnitt;
Fig. 2 das Elastomerlager im Schnitt A-A, der in Fig. 1 angedeutet ist;
Fig. 3 eine Flatterscheibe in der Seitenansicht; und
Fig. 4 die Flatterscheibe der Fig. 3 im Schnitt B-B, der in Fig. 3 angedeutet ist.
Fig. 1 zeigt ein Elastomerlager 1 mit einem zylindrischen Außenteil 2 im Querschnitt. In dem zylindrischen Außenteil 2 ist ein metallenes Innenteil 3 und ein Elastomerkörper 4 angeordnet. Der Elastomerkörper 4 teilt den vom Außenteil 2 umschlossenen Innenraum in zwei Arbeitskammern 5 und 5'. Durch einen Einsatz 6 wird die Arbeitskammer 5 in eine Dämpfungskammer 7 und eine Ausgleichskammer 8 unterteilt. Der Einsatz 6 nimmt eine Flatterscheibe 9 auf, die zwischen Endanschlägen 10 des Einsatzes 6 verschiebbar angeordnet ist. Eine Verbindungskammer 11 ist zwischen dem Elastomerkörper 4 und dem zylindrischen Außenteil 2 angeordnet und weist die Form eines Ringraumes auf. Die Verbindungskammer 11 verbindet die Ausgleichskammer 8 mit der Arbeitskammer 5'. Die Verbindungskammer 11 ist derart bemessen, dass bei möglichen Flüssigkeitsbewegungen durch die Verbindungskammer nahezu keine Dämpfungsarbeit verrichtet wird.
Die Flatterscheibe 9 ist mit einem Dämpfungskanal 12 durchzogen. Der Dämpfungskanal 12 weist dabei zwei Öffnungen auf, wobei durch die erste Öffnung 13 Dämpfungsflüssigkeit aus der Dämpfungskammer 7 in den Kanal strömen kann bzw. Dämpfungsflüssigkeit aus dem Kanal in die Dämpfungskammer fließen kann. Das zweite Ende 14 des Dämpfungskanals 12 öffnet den Dämpfungskanal 12 zur Ausgleichskammer 8.
Wenn das metallene Innenteil 3 sich gegenüber dem Außenteil 2 bewegt, verändern sich die Volumina der Dämpfungskammer 7 sowie der Arbeitskammer 5'. Durch die Flatterscheibe 9 ist bei kleiner Auslenkung des metallenen Innenteils 3 eine nahezu dämpfungsfreie Kommunikation zwischen Dämpfungskammer 7 und Ausgleichskammer 8 möglich. Bei kleinen Auslenkungen des metallenen Innenteils 3 sind auch die Bewegungen der Flatterscheibe gering, so dass diese nicht gegen die Endanschläge 10 stößt. Aufgrund der Verbindungskammer 11 können auch die Ausgleichskammer 7 und die Arbeitskammer 5' untereinander kommunizieren. Auch hier kann Dämpfungsflüssigkeit zwischen den Kammern ausgetauscht werden, ohne dass dabei im nennenswerten Umfang Dämpfungsarbeit verrichtet wird. Bei größeren Schwingungen des Elastomerkörpers wird die Flatterscheibe 9 gegen die Endanschläge 10 gedrückt. Dadurch baut sich zwischen der Dämpfungskammer 7 und der Ausgleichskammer 8 eine Druckdifferenz auf, so dass der Dämpfungskanal 12 wirksam gestellt wird und Dämpfungsflüssigkeit zwischen der Dämpfungskammer 7 und der Ausgleichskammer 8 ausgetauscht wird. Dabei wird Dämpfungsarbeit verrichtet, d. h., dass Schwingungen des metallenen Innenteils 3 mit großer Amplitude gedämpft werden.
Die mit der Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagte Fläche der Flatterscheibe 9 und das Spiel der Flatterscheibe 9 zwischen den Endanschlägen 10 des Einsatzes 6 legen die maximale Auslenkung des metallenen Innenteils 3 fest, bis zu der im Elastomerlager 1 keine Dämpfungsarbeit verrichtet wird. Die Länge des Dämpfungskanals 12 sowie dessen Querschnitt bestimmen das Maß der Dämpfung bei Schwingungen größerer Amplitude. Somit legt in erster Linie ein einziges Bauteil des Elastomerlagers 1, nämlich die Flatterscheibe 9, die Charakteristik des Elastomerlagers 1 fest. Dies hat den Vorteil, dass allein durch eine andere Flatterscheibe 9 ein ansonsten baugleiches Elastomerlager völlig andere Dämpfungseigenschaften aufweisen kann.
Die Flatterscheibe 9 umfasst zwei Platten 15, in die jeweils einseitig eine mäanderförmig laufende Nut 16 eingefräst ist. Die in den Platten 15 eingefräste Nut ergänzt sich zu dem Dämpfungskanal 12, der einen Austausch der Dämpfungsflüssigkeit zwischen der Dämpfungskammer 7 und der Ausgleichskammer 8 ermöglicht.
Fig. 2 zeigt das Elastomerlager 1 im Schnitt A-A. Der Einsatz 6 wird herstellungstechnisch besonders einfach zwischen zwei Flanken des Elastomerkörpers 4 hineingepasst. Durch das zylindrische Außenteil 2, das nach dem Einsetzen des Einsatzes 6 auf dem Elastomerkörper 4 geschoben werden kann, ist der Einsatz 6 zwischen den Flanken des Elastomerkörpers 4 ausreichend fixiert.
Fig. 3 zeigt die Flatterscheibe 9 mit einer der beiden Platten 15. Angedeutet durch unterbrochene Linien ist die in der Platte 15 mäanderförmig eingebrachte Nut 16. Wie auch der Fig. 4 zu entnehmen ist, weist die Platte 15 an einem Ende der Nut 16 eine durchgehende Bohrung 17 auf. Diese Bohrung 17 bildet ein Ende des Dämpfungskanals 12. Wird die Platte 15 der Fig. 3 oder 4 auf eine entsprechend spiegelsymmetrisch ausgebildete zweite Platte 15 gelegt, so bilden die dann parallel verlaufenden Nuten 16 den Dämpfungskanal 12 der Flatterscheibe 9. Die zweite Platte 15 weist dabei an dem anderen Ende der Nut 16 eine Durchgangsöffnung oder Bohrung 18 auf, so dass diese das andere Ende des Dämpfungskanals 12 definiert. Grundsätzlich würde es auch ausreichen, zur Bildung des Dämpfungskanals nur in einer Platte eine Nut vorzusehen. Die andere Platte müsste jedoch mindestens eine Durchtrittsöffnung aufweisen, damit der Dämpfungskanal zu beiden angrenzenden Kammern geöffnet ist. Bezugzeichenliste 1 Elastomerlager
2 Außenteil
3 Innenteil
4 Elastomerkörper
5 Arbeitskammer
5' Arbeitskammer
6 Einsatz
7 Dämpfungskammer
8 Ausgleichskammer
9 Flatterscheibe
10 Endanschlag
11 Verbindungskammer
12 Dämpfungskanal
13 Erstes Ende
14 zweites Ende
15 Platte
16 Nut
17 Bohrung
18 Bohrung

Claims

1. Hydraulisch dämpfendes Elastomerlager (1), insbesondere als Radiallager zur Schwingungsdämpfung in KFZ- Fahrwerken, mit einem metallenen Außenteil (2), einem metallenen Innenteil (3) und einem zwischen Außenteil (2) und Innenteil (3) angeordneten Elastomerkörper (4), der mit dem Außenteil (2) wenigstens zwei mit Dämpfungsflüssigkeit befüllte Arbeitskammern (5, 5') bildet, wobei wenigstens eine erste Arbeitskammer (5) durch einen ein Ventil aufnehmenden Einsatz (6) in eine Dämpfungskammer (7) und eine Ausgleichskammer (8) unterteilt ist, bei Schwingungen kleinerer Amplitude eine nahezu dämpfungsfreie Kommunikation zwischen der Dämpfungskammer (7) und der Ausgleichskammer (8) und eine nahezu dämpfungsfreie Kommunikation zwischen den Arbeitskammern (5, 5') möglich sind, und wobei das Ventil bei Schwingungen größerer Amplitude einen Dämpfungskanal (12) wirksam stellt, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil den Dämpfungskanal (12) umfasst.

2. Elastomerlager (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6) als separates Bauteil in eine Arbeitskammer (5) einsetzbar ist.

3. Elastomerlager (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6) ohne Befestigungsmittel durch den Elastomerkörper (4) und dem metallenen Außenteil (2) fixierbar ist.

4. Elastomerlager (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (8) der ersten Arbeitskammer (5) mit einer zweiten Arbeitskammer (5') durch eine Verbindungskammer (11) verbunden ist.

5. Elastomerlager (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einsatz (6) als Ventil eine Flatterscheibe (9) aufnimmt, die in dem Einsatz (6) verschiebbar angeordnet ist, wobei die Flatterscheibe (9) mit dem Dämpfungskanal (12) durchzogen ist.

6. Elastomerlager (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (12) in der Flatterscheibe (9) mäanderförmig verlaufend angeordnet ist.

7. Elastomerlager (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Flatterscheibe (9) zweiteilig ausgebildet ist.

8. Elastomerlager (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskammer (119 derart bemessen ist, dass darin im Vergleich zum Dämpfungskanal (12) nahezu keine Dämpfungsarbeit verrichtet wird.

9. Elastomerlager (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die der Einsatz (6) Endanschläge (10) aufweist, zwischen denen die Flatterscheibe (9) verschiebbar ist.

10. Elastormerlager (1) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Dämpfungsflüssigkeit beaufschlagte Fläche der Flatterscheibe (9) größer ist als der größte Strömungsquerschnitt der Verbindungskammer (11).

11. Elastomerlager (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungskammer (11) zwischen Elastomerkörper (4) und dem metallenen Außenteil (2) angeordnet ist.

12. Elastomerlager (1) nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das metallene Außenteil (2) zylindrisch ausgebildet ist, wobei die Verbindungskammer (11) durch einen Ringraum zwischen Außenteil (2) und Elastomerkörper (4) definiert ist.