DE19954975A1 - Hydraulisch dämpfendes Lager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch dämpfendes Lager, insbesondere einer Fahrwerkslagerung eines Kraftfahrzeuges, mit zwei relativ zueinander beweglichen Lagerteilen und mit mindestens zwei mit Hydraulikfluid gefüllten Kammern, die über mindestens eine Verbindungsleitung miteinander kommunizieren, wobei in Abhängigkeit von Relativbewegungen zwischen den Lagerteilen Hydraulikfluid von der einen Kammer in die Verbindungsleitung und von der Verbindungsleitung in die andere Kammer verdrängt wird. DOLLAR A Um die Auslegungsmöglichkeiten der Gesamtdämpfungscharakteristik dieses Lagers zu verbessern, wird vorgeschlagen, daß in der Verbindungsleitung ein Schwinger in Leitungsrichtung beweglich gelagert ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch dämpfendes Lager, insbesondere einer Fahrwerkslagerung eines Kraftfahrzeuges, mit den Merkmalen des Oberbegriffes des Anspruches 1.

Aus der DE 195 03 445 C2 ist ein derartiges Lager bekannt, das zwei relativ zueinander bewegliche Lagerteile aufweist, nämlich ein äußeres Lagerteil, daß auch als "Lagertopf" bezeichnet werden kann, sowie ein inneres Lagerteil, daß auch als "Lagerkern" bezeichnet werden kann. Das Lager weist außerdem wenigstens zwei in einem zwischen den Lagerteilen angeordneten Elastomerkörper ausgebildete, mit Hydraulikfluid gefüllte Kammern auf, die über wenigstens einen Drosselkanal und einen Überströmkanal miteinander kommunizieren. In Abhängigkeit von Relativbewegungen zwischen den Lagerteilen wird Hydraulikfluid von der einen Kammer über den Drosselkanal bzw. den Überströmkanal in die andere Kammer verdrängt. Durch die geometrische Gestaltung der Kanäle, der Kammerflächen, der Blähfedersteifigkeit der Seitenwände der Kammern sowie durch die Auswahl der Masse und Konsistenz des Hydraulikfluids kann das charakteristische Schwingungs- bzw. Dämpfungsverhalten des Lagers beeinflußt werden.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, ein hydraulisch dämpfendes Lager der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß es zusätzliche Auslegungsmöglichkeiten zur Gestaltung seiner Gesamtdämpfungscharakteristik bietet.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein hydraulisch dämpfendes Lager mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.

Durch den erfindungsgemäß vorgeschlagenen, in der Verbindungsleitung in Leitungsrichtung beweglich gelagerten Schwinger ergeben sich zusätzliche Eingriffsgrößen, die zur Beeinflussung der Dämpfungscharakteristik des hydraulisch dämpfenden Lagers verändert werden können. Wichtig sind hier die geometrische Gestaltung und Dimensionierung wie z. B. die Länge des Schwingers in Leitungsrichtung, der Querschnitt des Schwingers relativ zum Querschnitt der Verbindungsleitung sowie die Formgebung des Schwingers. Durch den in die Verbindungsleitung eingebrachten Schwinger ergeben sich zusätzliche Reibungseffekte in der Verbindungsleitung, durch welche sich die Eigenresonanz und das Ansprechverhalten auf Schwingungserregung des Lagers ändert.

Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann der Schwinger eine größere Dichte aufweisen als das Hydraulikfluid. Diese Ausführungsform beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die schwingende Masse des Lagers durch eine zusätzliche Masse, nämlich den Schwinger, zu erhöhen. Diese Maßnahme beruht auf der Erkenntnis, daß die schwingungsdämpfende Wirkung des hydraulisch dämpfendes Lagers einerseits in der Dämpfungskraft, die durch die Strömungsreibung der bewegten Flüssigkeit und durch Dissipation entsteht, und andererseits in der Tilgungskraft begründet ist, die durch die Trägheit der schwingenden Flüssigkeitssäule hervorgerufen wird. Insbesondere durch die Blähfedersteifigkeit der Wände der Kammern und der Verbindungsleitung und durch die Masse der schwingenden Flüssigkeitssäule wird ein schwingungsfähiges Masse- Federsystem ausgebildet. Durch die in das Hydraulikfluid eingebrachte zusätzliche Masse ergibt sich eine Vergrößerung des Tilgungsanteils an der schwingungsreduzierenden Wirkung, mit der Folge, daß bei gleicher schwingungsreduzierender Wirkung kürzere Verbindungsleitungen und somit ein kompakter bauendes Lager möglich sind. Außerdem ist bereits bei niedrigeren Frequenzen eine Tilgungswirkung vorhanden, wodurch das hydraulisch dämpfende Lager leichter und früher auf Schwingungserregung anspricht.

Insbesondere bei dem Schwinger mit größerer Dichte als das Hydraulikfluid kann die Dämpfungscharakteristik des Lager durch die Variation der Masse des Schwingers beeinflußt werden, z. B. durch eine geeignete Werkstoffauswahl oder Schwingergeometrie.

Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen, jeweils schematisch,

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung für ein hydraulisch dämpfendes Lager nach der Erfindung mit einem Längsschnitt durch einen Schwinger in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 einen Ausschnitt der Darstellung gemäß Fig. 1, jedoch mit einem Schwinger einer anderen Ausführungsform,

Fig. 3 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer anderen Ausführungsform,

Fig. 4 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer anderen Ausführungsform,

Fig. 5 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer anderen Ausführungsform,

Fig. 6 eine Ansicht wie in Fig. 2, jedoch einer anderen Ausführungsform,

Fig. 7 eine Prinzipdarstellung auf das Schwingungssystem des Lagers, jedoch einer anderen Ausführungsform und

Fig. 8 eine Ansicht wie in Fig. 7, jedoch einer weiteren Ausführungsform.

Entsprechend Fig. 1 weist ein erfindungsgemäßes hydraulisch dämpfendes Lager 1 ein erstes Lagerteil 2 und ein zweites Lagerteil 3 auf, die über einen Elastomerkörper 4 aneinander abgestützt und somit relativ zueinander beweglich sind. Im Elastomerkörper 4 sind zumindest zwei mit Hydraulikfluid gefüllte Kammern, nämlich eine erste Kammer 5 und eine zweite Kammer 6 ausgebildet, die über eine Verbindungsleitung 7 miteinander kommunizieren. Die Wände der Kammern 5 und 6 sind durch den Elastomerkörper 4 gebildet, so daß die Kammern 5 und 6 jeweils eine variable Geometrie und somit ein variables Volumen aufweisen. Im Unterschied dazu ist die Verbindungsleitung 7 vorzugsweise relativ starr ausgebildet, so daß ihr Volumen relativ invariant ist.

Wenn es aufgrund äußerer Kräfte zu einer Relativverstellung zwischen den Lagerteilen 2 und 3 kommt, derart, daß dabei eine der Kammern 5 oder 6 zusammengedrückt wird, hat dies eine Volumenverminderung der betroffenen Kammer 5, 6 zur Folge, wodurch Hydraulikfluid in die Verbindungsleitung 7 verdrängt wird. Da es sich beim verwendeten Hydraulikfluid um ein im wesentlichen inkompressibles Medium handelt, wird dementsprechend Hydraulikfluid aus der Verbindungsleitung 7 in die jeweils andere Kammer 5, 6 verdrängt. Die Hydraulikleitung 7 ist dabei so dimensiniert, daß durch Reibung und Dissipation eine Dämpfung der Relativbewegung zwischen den Lagerteilen 2 und 3 erzielt wird. Darüber hinaus macht sich insbesondere bei hochfrequenten Relativbewegungen zwischen den Lagerteilen 2 und 3 eine Tilgungskraft bemerkbar, die auf die Trägheit der schwingenden Flüssigkeitssäule zurückzuführen ist.

In der Verbindungsleitung 7 ist erfindungsgemäß ein Schwinger 8 untergebracht der darin in Leitungsrichtung beweglich gelagert ist. Die Leitungsrichtung ist in den Figuren durch einen Doppelpfeil 18 symbolisiert. Entsprechend Fig. 1 ist der Schwinger 8 demnach in der horizontalen beweglich, das heißt von der einen Kammer 5, 6 in Richtung auf die andere Kammer 5, 6 verstellbar gelagert. Durch die geometrische Dimensionierung des Schwingers 8, das heißt im wesentlichen durch seine Länge 9 und durch einen Spalt bzw. durch Spiel 10 zwischen dem Schwinger 8 und der Verbindungsleitung 7 sowie durch seinen Querschnitt 11 ergeben sich zusätzliche Reibungseffekte bei der Umströmung des Schwingers 8. Ebenso ist eine Ausführungsform möglich, bei der der Schwinger 8 im wesentlichen nicht oder nur geringfügig umströmbar ist, so daß der Schwinger 8 wie eine Art Koben in der dann als Zylinder dienenden Verbindungsleitung 7 verstellbar ist.

Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform ist der Schwinger 8 aus einem Werkstoff hergestellt, dessen Dichte größer ist als die Dichte des verwendeten Hydraulikfluids. Durch diese Maßnahme wird ohne Volumenvergrößerung die schwingende Masse des Schwingungssystems des Lagers 1 vergrößert, mit der Folge, daß sich auch in entsprechender Weise die Tilgungswirkung des schwingungsfähigen Systems vergrößert.

Durch die zusätzlich mit dem Schwinger 8 in das schwingungsfähige System eingebrachte Massenträgheit und mit der Geometrie des Schwingers 8 erzeugte zusätzliche Reibung in der Verbindungsleitung 7 ergibt sich eine veränderte Eigenresonanz des schwingungsfähigen Systems. Auf diese Weise sind die Auslegungsmöglichkeiten der Gesamtdämpfungscharakteristik des hydraulisch dämpfenden Lagers 1 deutlich vielfältiger. Beispielsweise können folgende Eingriffsgrößen zur Beeinflussung der Dämpfungscharakteristik variiert werden: Die Masse des Schwingers 8, die umströmte Länge 9 des Schwingers 8, die Spaltbreite 10, das heißt das Verhältnis des Schwingerquerschnitts 11 zum Leitungsquerschnitt 19, die Werkstoffwahl des Schwingers 8 sowie die Formgebung des Schwingers 8.

Hinsichtlich der Formgebung sind beispielhaft verschiedene Varianten in den Fig. 2 bis 6 wiedergegeben. Beispielsweise weist der Schwinger 8 gemäß Fig. 2 einen U-förmigen Längsschnitt und gemäß Fig. 3 einen H-förmigen Längsschnitt auf. Dabei kann durch die Formgebung 8 ein unsymmetrisches Verhalten für die Hinschwingungen und die Herschwingungen erzielt werden.

Bei einer Weiterbildung des Schwingers 8 kann dieser entsprechend den Fig. 4, 5 und 6 eine Bypassleitung 12 enthalten, die den Schwinger 8 in Leitungsrichtung 18 durchdringt.

Gemäß Fig. 4 ist diese Bypassleitung 12 als Drosselkanal ausgebildet, der eine vorbestimmte Länge 13 und einen speziell ausgewählten Drosselquerschnitt 14 aufweist. Je nach Dimensionierung dieses Dämpfungskanals bzw. dieser Bypassleitung 12 und des Schwingers 8 kann es zu folgender Wirkungsweise kommen: Der Schwinger 8 ist zunächst an der Dämpfungsarbeit unbeteiligt und ruht in der Verbindungsleitung 7. Die Dämpfung erfolgt dabei durch Strömungsreibung. Ab einer bestimmten Druckdifferenz oder beim Erreichen der ersten Resonanz des Schwingungssystems beginnt der Schwinger 8 zu schwingen und dementsprechend zu dämpfen. Bei einer alternativen Dimensionierung könnte die Dämpfung auch zuerst im wesentlichen durch die Tilgungswirkung des Schwingers 8 und erst bei höheren Druckdifferenzen durch die Bypassleitung 12 erfolgen.

Bei einer anderen Ausführungsform gemäß Fig. 5 kann in der Bypassleitung 12 ein Überdruckventil 15 angeordnet sein, das bei Stoßanregungen einen raschen Druckausgleich ermöglicht. Das Überdruckventil kann, wie in Fig. 5 als in einer Richtung wirksames Rückschlagventil oder bei einer anderen Ausführungsform als ein in beiden Richtungen wirksames Überdruckventil ausgebildet sein.

Entsprechend Fig. 6 kann bei einer Weiterbildung die Bypassleitung 12 durch eine Elastomermembran 16 verschlossen sein, die beispielsweise an eine der Stirnseiten des Schwingers 8 anvulkanisiert ist. Ebenso ist eine Ausführungsform möglich, bei der die Membran 16 im wesentlichen mittig in der Bypassleitung 12 angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform wird ein schneller Druckanstieg bei Stoßanregungen reduziert. Wie insbesondere aus den Fig. 4 bis 6 besonders deutlich wird, kann die Dämpfungscharakteristik des Lagers 1 durch die Konstruktion bzw. Ausgestaltung des Schwingers 8 deutlich beeinflußt werden.

In den Fig. 7 und 8 sind vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Lagers 1 wiedergegeben, wobei zur Veranschaulichung hier auf die in Fig. 1 ohnehin nur beispielhaft dargestellten Lagerteile 2 und 3 sowie auf den Elastomerkörper 4 verzichtet worden ist. Die Kammern 5 und 6 sind entsprechend Fig. 7 durch mindestens zwei Verbindungsleitungen 7 und entsprechend Fig. 8 durch wenigstens drei Verbindungsleitungen 7 miteinander kommunizierend verbunden. In jeder Verbindungsleitung 7 ist dabei ein anderer Schwinger 8 untergebracht, so daß jede Verbindungsleitung 7 ein anderes Resonanzverhalten aufzeigt. Durch diese Maßnahme ergibt sich die Möglichkeit, innerhalb eines zu dämpfenden Frequenzbereiches parallel auftretende Resonanzen gezielt zu dämpfen bzw. zu tilgen.

Wie aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht, unterscheiden sich die einzelnen Schwinger 8 hinsichtlich ihrer Form und Masse. Gleichzeitig können auch die einzelnen Verbindungsleitungen 7 unterschiedlich ausgestaltet sein und beispielsweise verschiedene Querschnitte aufweisen (vgl. Fig. 8). Ebenso ist eine Ausführungsform möglich, bei der wenigstens eine der Verbindungsleitungen 7 in herkömmlicherweise ohne Schwinger 8 ausgebildet ist.

Zur Vereinfachung sind die Verbindungsleitungen 7 in den Darstellungen jeweils in einer Ebene angeordnet. Ebenso ist es bei einem dreidimensionalen Lageraufbau möglich, die Verbindungsleitungen 7 z. B. parallel, horizontal, vertikal oder diagonal anzuordnen, um eine mehraxiale Dämpfungswirkung zu erreichen. Ebenso ist es dann möglich, die Dämpfungswirkungen in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich auszuprägen.

Entsprechend einer Weiterbildung kann am Schwinger 8 eine Zentriereinrichtung, nämlich eine Zentrierfeder 17, angreifen, die einerseits eine Zentrierung des Schwingers 8 innerhalb seines Verstellbereiches in der Verbindungsleitung 7 bewirkt und andererseits die Schwingungscharakteristik des Systems beeinflußt. Die Zentrierfeder 17 ist zur Veranschaulichung beim mittleren Schwinger 8 in der Variante gemäß Fig. 8 wiedergegeben.

Durch die Varianten gemäß den Fig. 7 und 8 können die einzelnen Verbindungsleitungen 7 bzw. die darin enthaltenen Schwinger 8 so ausgelegt und eingestellt werden, daß eine frequenzabhängige Zuschaltung der einzelnen Dämpfungssysteme erfolgt. Nach diesem Prinzip lassen sich mehrere Erregerfrequenzen unabhängig voneinander dämpfen bzw. tilgen.

Claims (8)

1. Hydraulisch dämpfendes Lager, insbesondere einer Fahrwerkslagerung eines Kraftfahrzeuges, mit zwei relativ zueinander beweglichen Lagerteilen (2, 3) und mit mindestens zwei mit Hydraulikfluid gefüllten Kammern (5, 6), die über wenigstens eine Verbindungsleitung (7) miteinander kommunizieren, wobei in Abhängigkeit von Relativbewegungen zwischen den Lagerteilen (2, 3) Hydraulikfluid von der einen Kammer (5, 6) in die Verbindungsleitung (7) und von der Verbindungsleitung (7) in die andere Kammer (6, 5) verdrängt wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung (7) ein Schwinger (8) in Leitungsrichtung (18) beweglich gelagert ist.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (8) eine größere Dichte aufweist als das Hydraulikfluid.

3. Lager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (8) quer zur Leitungsrichtung (18) mit Spiel (10) in der Verbindungsleitung (7) gelagert ist.

4. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwinger (8) eine den Schwinger (8) in Leitungsrichtung (18) durchdringende Bypassleitung (12) enthält.

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Bypassleitung (12) ein Überdruckventil (15) angeordnet ist, das in Abhängigkeit einer vorbestimmten Druckdifferenz zwischen den Enden der Bypassleitung (12) öffnet oder schließt.

6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Überdruckventil (15) in der einen Strömungsrichtung bei einer anderen Druckdifferenz öffnet oder schließt als in der anderen Strömungsrichtung.

7. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (12) durch eine flexible Membran (16) versperrt ist.

8. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kammern (6, 7) durch mehrere Verbindungsleitungen (7) miteinander kommunizieren, wobei wenigstens zwei Verbindungsleitungen (7) jeweils mit einem anders ausgebildeten Schwinger (8) ausgestattet sind.