DE19909914A1 - Hydraulisches Dämpfungselement - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Dämpfungselement, das insbesondere in einem Motorlager oder einem Drehschwingungsdämpfer Verwendung findet. Das Dämpfungselement besteht aus einer aus Tellerfedern hergestellten Federsäule, die sich vollständig in einer mit einer Flüssigkeit gefüllten Kammer bewegt. Die Dämpfung von Bewegungen erfolgt durch mechanische Reibung und durch Verdrängung der innerhalb der Federsäule eingeschlossenen Flüssigkeit über variable Drosselspalte zwischen den Federgliedern.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisches Dämpfungselement, das dazu dient, die Relativbewegung zweier mit dem Dämpfungselement gekoppelter Bauteile durch Verdrängung von Flüssigkeit zu dämpfen.

Ein solches Dämpfungselement geht beispielsweise aus der EP 0 099 559 A2 als bekannt hervor. Hier sind eine Anzahl von auf Abstand zueinander liegender Scheiben in einer vollständig mit Flüssigkeit gefüllten Kammer angeordnet. Eine Dämpfung der Bewegung einer mit den Scheiben gekoppelten Kolbenstange erfolgt durch Verdrängung der in den Spalten zwischen den Scheiben vorhandenen Flüssigkeit, wobei sich die Scheiben aneinander annähern. Die Dämpfungsleistung bestimmt sich nach den zwischen den Scheiben bestehenden Zwischenräumen. Die Scheiben sind aus einem federelastischen Werkstoff geformt und zumindest zum Teil gewellt oder gewölbt ausgebildet, so daß während der Annäherung eine elastische Verformung eintritt. Wenn die Kolbenstange mit gegengerichteter Bewegung zurückgezogen wird, können die Scheiben durch ihre elastische Verformung wieder in ihre Ausgangslage zurückkehren, wobei in der Kammer befindliche Flüssigkeit in die Spalte zwischen den Scheiben zurückströmt. Das Dämpfungselement wird im Zusammenhang mit Werkzeugmaschinen verwendet, wo der Dämpfungszylinder zur Vermeidung von Schlaggeräuschen eingesetzt wird.

Der im Patentanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein hydraulisches Dämpfungselement aufzuzeigen, das bei kompakter Bauweise in der Lage ist, sehr hohe elastische Rückstellkräfte mit einer großen Dämpfungsleistung und großen Auslenkungen zu verbinden, so daß neue Einsatzbereiche gewonnen werden.

Dieses Problem wird durch die im Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Durch die Verwendung von Tellerfederelementen wird in Verbindung mit Federlagern eine allseits geschlossene Federsäule gebildet, die ein abgeschlossenes inneres Volumen aufweist. Es lassen sich hohe Drücke der Flüssigkeit im inneren Volumen der Federsäule erzeugen, die notwendig sind, damit sich als Drosselöffnungen wirkende Spalte öffnen, über die Flüssigkeit auf die Außenseite der Federsäule in den umgebenden Raum gelangen kann. Der Öffnungsquerschnitt der Drosselöffnungen ist variabel und bestimmt sich nach dem in der Federsäule herrschenden Druck. Die hohen Drücke bewirken eine große Dämpfungsleistung, wobei mit dem inneren Volumen der Federsäule ein großes Verdrängungsvolumen zur Verfügung steht. Eine zusätzliche Dämpfung ergibt sich durch Reibung der Tellerfederelemente aneinander. Die Verwendung von Tellerfederelementen erlaubt hohe Tragkräfte und hohe elastische Rückstellkräfte, so daß neue Einsatzbereiche des Dämpfungselements insbesondere in Drehschwingungsdämpfern oder für Motorlager möglich werden. Zweckmäßige Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargestellt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Motorlagers, bei dem das erfindungsgemäße Dämpfungselement Verwendung findet;

Fig. 2 eine fragmentarische Querschnittsansicht eines Drehschwingungsdämpfers, bei dem das erfindungsgemäße Dämpfungselement Verwendung findet;

Fig. 3 eine Ansicht eines Dämpfungselements, das in doppeltwirkender Anordnung zwischen zwei Betätigungselementen eingebaut ist,

Fig. 4a eine Fig. 2 entsprechende Querschnittsansicht eines Drehschwingungsdämpfers mit mehreren in Reihe geschalteten Tellerfederpaketen für hohe Rückstellkräfte und hohe Dämpfungsleistung in Richtung der in Fig. 4b eingezeichneten Pfeile an die Schnittlinie II-II gesehen;

Fig. 4b eine Schnittansicht des Drehschwingungsdämpfers in Richtung der in Fig. 4a eingezeichneten Pfeile an die Schnittlinie I-I gesehen;

Fig. 5a und 5b eine Ansicht zweier Tellerfederelemente in entspannter und gespannter Lage, wobei in einem Umfangsbereich eine definierte Drosselöffnung angeordnet ist;

Fig. 6a und 6b eine Ansicht eines auf dem Federlager anliegenden Tellerfederelements in entspannter und gespannter Lage, wobei im Federlager eine Drosselbohrung vorgesehen ist.

Fig. 7 eine Umfangsansicht einiger Federelemente einer Federsäule mit gewelltem Federelement.

Das in Fig. 1 im Querschnitt dargestellte Motorlager ist als hydraulisches Dämpfungselement 1 ausgebildet. Das zylindrische Lagerunterteil, das mittels einer Schraube 4 auf einer Konsole 6 befestigt ist, bildet zusammen mit dem Lageroberteil 4 und einer flexiblen Wand 5 eine allseits geschlossene Kammer 8, die vollständig mit einer Flüssigkeit, insbesondere Hydrauliköl gefüllt ist. Das Lageroberteil 4 ist mit einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine verbunden. Lagerunterteil 3 und Lageroberteil 4 sind durch eine Federsäule 2 elastisch aneinander abgestützt. Die Federglieder der Federsäule 2 bestehen aus Tellerfederelementen, die aufeinander gestapelt sind, und die jeweils an zwei Umfängen aneinander anliegen. Anstelle einzelner aufeinander gestapelter ringscheibenförmiger Tellerfederelemente kann auch eine Schraubentellerfeder Verwendung finden, wie sie beispielsweise in der DE 29 16 446 C2 dargestellt ist. Diese Schraubentellerfeder besteht aus zwei gegenläufig ineinandergeschraubten Flachdrahtfedern, von denen jede hochkant und schräg zur Mittelachse gewickelt ist. Wie ringförmige Tellerfederelemente liegen die Schraubentellerfedern auf dem Umfang aneinander an und bilden eine auf dem Umfang geschlossene Federsäule. Die Enden der Schraubentellerfeder werden plangeschliffen, so daß eine dichte Anlage am Lagerunterteil 3 und Lageroberteil 4 entsteht, die die Federlager bilden. Ggf. kann die Dichtigkeit durch in der Anlagefläche der Federsäule in Lagerunter- und Lageroberteil eingelassene Dichtringe erhöht werden. Bei Bedarf können für erhöhte Umfangsdichtigkeit die Federelemente in ihren Anlagen aneinander mit ebenem Anschliff versehen sein. Die Funktion des Dämpfungselements ist nun derart, daß sich bei Bewegungen des Lageroberteils 4 gegen das Lagerunterteil 3 das innere Volumen der Federsäule unter axialer Zusammendrückung der Federelemente verkleinert, wodurch der Druck des Hydrauliköls in der Federsäule erhöht wird, was wiederum zur Folge hat, daß Hydrauliköl in die Kammer 8 auf der Außenseite der Federsäule 2 gedrückt wird. Das Hydrauliköl entweicht über Umfangsspalte zwischen den Federgliedern, die durch den hohen Druck des Hydrauliköls geöffnet werden, indem die Federglieder durch das Hydrauliköl an einer oder mehreren Stellen auseinandergedrückt werden. Wesentlich ist, daß die Umfangsspalte als Drosselöffnungen wirken, deren Größe vom Flüssigkeitsdruck und damit von der Stärke der Einfederung abhängig ist. Ggf. können auch definierte Drosselöffnungen vorgesehen sein, die zur Einstellung einer definierten Dämpfungsleistung wünschenswert sein können. Eventuell sind auch fertigungsbedingte Öffnungen vorhanden, die diese Funktion übernehmen können. In jedem Fall werden große hydraulische Dämpfungsleistungen erreicht, wobei große Federwege möglich sind, da ein großes Verdrängungsvolumen zur Verfügung steht. Die Kammer 8 ist, wie in Fig. 1 dargestellt, mit einer flexiblen Wand 5 ausgebildet, so daß das aus dem Federsäuleninnenraum verdrängte Flüssigkeitsvolumen aufgenommen werden kann. Grundsätzlich wäre es auch möglich, statt einer flexiblen Wand 5 eine starre Abschlußwand vorzusehen, die dann aber mit einem Ausgleichsvolumen, beispielsweise einem Hydraulikspeicher in Verbindung stehen muß. Durch geeignete Wahl des Querschnitts der Verbindungsleitung kann im Raum auf der Außenseite der Federsäule der Druck entsprechend einer gewünschten Dämpfungswirkung eingestellt werden. Bei einer rückwärts gerichteten Bewegung des Lageroberteils 4 strömt umgekehrt Hydrauliköl in das Innere der Federsäule zurück, wobei die Auswärtsbewegung entsprechend gedämpft wird.

Fig. 2 zeigt die Anwendung eines erfindungsgemäßen hydraulischen Dämpfungselements 1 in Anwendung bei einem Drehschwingungsdämpfer, der ausschnittsweise im Querschnitt dargestellt ist. Es können ringscheibenförmige Tellerfederelemente oder Schraubentellerfedern Verwendung finden. Entsprechend ist eines der Dämpfungselemente aus Tellerfedern und eines aus Schraubentellerfedern zusammengesetzt dargestellt. Das hydraulische Dämpfungselement 1 wird von einer Federsäule 2 und einer Kammer 8 dargestellt. Die Kammer 8 wird seitlich von Vorsprüngen 16 und 17 an einem Primärteil 11 und Sekundärteil 12 des Drehschwingungsdämpfers begrenzt, die sich gegeneinander bewegen können. Die Tellerfederelemente der Federsäule 2 liegen zwischen zwei Federlagern 14, die mit Dornen 20 für die axiale Führung der Federglieder ausgebildet sind. In den Federlagern 14 sind zur Abdichtung Dichtringe 21 angeordnet. In einem der Federlager 14 und im zugehörigen Dorn ist eine Bohrung 18 zum inneren Volumen der Federsäule vorgesehen, die mit einem Verbindungskanal 19 kommuniziert. Die Funktion des hydraulischen Dämpfungselements ist nun derart, daß bei gegeneinander gerichteten Bewegungen der Vorsprünge 16 und 17 die Federsäule zusammengedrückt wird, wobei über Drosselspalte zwischen den Federelementen Hydrauliköl aus dem inneren Volumen der Federsäule Hydrauliköl in die äußere umgebende Kammer gedrückt wird. Auf diese Weise wird die Bewegung elastisch abgefedert, wobei eine hydraulische Dämpfung erfolgt. Zusätzlich wird durch die Reibung der Federelemente aneinander eine mechanische Dämpfung erzeugt. Das durch Volumenverkleinerung der Kammer überschüssige Hydrauliköl wird über Spalte oder (nicht dargestellte) Bohrungen in die Nachbarkammern abgeleitet, die zugleich eine Volumenerweiterung erfahren und dadurch die entsprechende Menge Öl aufnehmen können. Die Verbindungsleitung 19 dient als Drosselbohrung dazu, den maximalen Druck innerhalb der Federsäule zu begrenzen. Die Federn stehen unter Druckvorspannung, so daß stets ihre Anlage an Primär- und Sekundärteil gewährleistet ist.

Das Dämpfungselement kann nicht nur wie dargestellt in Umfangsrichtung angeordnet sein, sondern auch axial oder radial, wobei die Bauform des Drehschwingungsdämpfers so zu wählen ist, daß Relativbewegungen von Primär- und Sekundärteil in axiale oder radiale Bewegungen umgewandelt werden, die gedämpft werden.

Das erfindungsgemäße Dämpfungselement läßt sich in dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel auch so zwischen Betätigungselementen 11 und 12 anordnen, daß in zwei entgegengesetzten Bewegungsrichtungen der Betätigungselemente eine Dämpfungs- und Federwirkung erzielt wird, da die Federsäule in beiden Bewegungsrichtungen auf Druck beansprucht wird. Eine derartige Anordnungsmöglichkeit ist in Fig. 3 dargestellt. Hierfür umgreift ein mit dem Primärteil 11 verbundenes Betätigungsglied jeweils beidseitig das Dämpfungselement. Ebenso besitzt das Sekundärteil 12 ein Betätigungsglied, das das Dämpfungselement beidseitig umgreift. Bewegungen des Primärteils 11 gegen das Sekundärteil 12 haben dadurch in beiden möglichen Bewegungsrichtungen eine Druckbeanspruchung des Dämpfungselements zur Folge. Eine derartige Anordnung läßt sich besonders vorteilhaft bei Drehschwingungsdämpfern verwenden.

Der in Fig. 4a und 4b in zwei Schnitten fragmentarisch dargestellte Drehschwingungsdämpfer besitzt ein aus drei Federsäulen 2, 22, 23 aufgebautes Dämpfungselement für besonderes hohe Feder- und Dämpfungskräfte. In Fig. 4a ist eine Querschnittsansicht dargestellt in Richtung der Pfeile an die Schnittlinie II-II in Fig. 3b gesehen. Fig. 4b zeigt eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile an die Schnittlinie I-I in Fig. 4a gesehen. Die Federlager 14 für die Federsäule 2 sind mit hohlen Dornen 20 ausgebildet, in denen zur Federsäule 2 in Reihe geschaltete Federsäulen 22 und 23 angeordnet sind. Durch die Anordnung lassen sich höhere Feder- und Dämpfungskräfte erzielen. Zugleich ist die Federkombination entsprechend Fig. 3 doppeltwirkend angeordnet. Ein besonderer Vorteil ist dabei auch noch, daß sich entweder Federsäule 22 oder 23 in entspanntem Zustand befindet, so daß bei einer Bewegungsumkehr eine sanfte, durch die Charakteristik der kleinen Dämpfungselemente bestimmte Dämpfung erfolgt.

Die Fig. 5a bzw. 5b zeigen zwei Tellerfederelemente 9 im unbelasteten bzw. im belasteten Zustand. Wie bereits schon vorstehend erwähnt, kann es sinnvoll sein, an einem oder mehreren Stellen des Umfangs der Federsäule definierte Drosselöffnungen 31 einzubringen, um bei unterschiedlichen Belastungen der Federsäule unterschiedliche Dämpfungsleistungen, z. B. mit zunehmender Belastung eine progressive Dämpfungsleistung zu erzielen. Bei geringer Belastung ist die Drosselöffnung 31, wie in Fig. 5a dargestellt, offen, so daß aufgrund der großen Abflußmöglichkeit eine geringe Dämpfung erzielt wird. Bei hohen Belastungen, wenn die Federelemente wie in Fig. 5b dargestellt, eng beieinanderliegen, wird der Zufluß zur Drosselöffnung zunehmend geschlossen, so daß höhere Dämpfungsleistungen erzielt werden.

Eine andere Möglichkeit, bei unterschiedlichen Belastungen unterschiedliche Dämpfungsleistungen zu erzielen, ist in den Fig. 6a und 6b dargestellt. Im Federlager 14 ist im Bereich gegenüber einem Tellerfederelement 9 eine Drosselöffnung 30 vorgesehen. Im unbelasteten Zustand ist der Zufluß zur Drosselöffnung unbehindert möglich, wie in Fig. 6a dargestellt, bei zunehmender Belastung liegt das Federelement zunehmend am Federlager (Fig. 6b) an, so daß die Drosselöffnung zunehmend überdeckt wird und der Zufluß von Hydrauliköl zunehmend behindert wird, wodurch bei hoher Belastung höhere Dämpfungsleistungen erzielt werden.

In Fig. 7 ist die Umfangsansicht einiger Tellerfederelemente einer Federsäule dargestellt, die ein gewelltes Tellerfederelement 9 beinhaltet. Bei niedriger axialer Beanspruchung bestehen durch die Wellung verursachte Lücken, so daß die Dämpfung entsprechend niedrig ist. Wenn bei höheren Beanspruchungen, wie etwa Schockbelastungen die Federelemente elastisch niedergedrückt werden, schließen sich die Lücken zunehmend, womit auch die Dämpfung zunimmt. Durch geeignete Auslegung der Federsteifigkeit kann eine beliebige Dämpfung eingestellt werden.

Die Schraubentellerfeder kann zur Erzielung unterschiedlicher Dämpfungsgrade so gewickelt sein, daß sie bei niedriger Beanspruchung und entsprechender Steifigkeit wie eine normale Schraubenfeder wirkt, deren Windungen zueinander beabstandet sind. In diesem Zustand ist die Dämpfung wegen der großen Lücken auf dem Federsäulenumfang gering. Wenn bei hoher oder Schockbeanspruchung die Windungen aneinander in Anlage kommen, ist die hydraulische Dämpfung wegen der auf dem Umfang unter hohem Druck gegeneinander gepreßten Federelemente groß.

Claims (13)

1. Hydraulisches Dämpfungselement, mit einer Säule aus Federgliedern, die vollständig in einer mit Flüssigkeit gefüllten Kammer angeordnet sind, wobei eine hydraulische Dämpfung eines mit den Federgliedern bewegungsmäßig gekoppelten Betätigungsglieds infolge Verdrängung der Flüssigkeit aus von den Federgliedern begrenzten Spalten erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß die Federglieder aus Tellerfedern bestehen, die aneinander anliegend eine auf dem Umfang und an den Enden durch Federlager (3, 4, 14) geschlossene Federsäule (2) bilden, so daß die Federsäule (2) ein allseits abgeschlossenes Volumen innerhalb der Kammer (8) begrenzt, und daß abhängig vom Flüssigkeitsdruck innerhalb der Federsäule (2) sich variable Drosselspalte bilden.

2. Hydraulisches Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tellerfedern aus zwei gegenläufig zusammengeschraubten Schraubentellerfedern bestehen.

3. Hydraulisches Dämpfungselement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Federglieder nur bei definierter Beanspruchung zur Anlage aneinander gelangen.

4. Hydraulisches Dämpfungselement nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Federlager jeweils einen elastischen Dichtring (21) aufweisen, in dem die Endwindungen der Federsäule (2) dichtend anliegen.

5. Hydraulisches Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Federlager (14) mit Dornen (20) versehen sind, auf denen die Federglieder geführt sind.

6. Hydraulisches Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Federlager (14) eine Drosselbohrung (18, 19, 30) besitzen, die das Innere der Federsäule (2) mit einem Speichervolumen verbindet.

7. Hydraulisches Dämpfungselement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselbohrung (30) im Bereich gegenüber einem Tellerfederelement (9) angeordnet ist, das den Zufluß zur Bohrung mit zunehmender Belastung zunehmend abdeckt.

8. Hydraulisches Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen zwei Tellerfederelementen (9) an einer oder mehreren Stellen eine definierte Öffnung (31) vorgesehen ist.

9. Hydraulisches Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß eines oder mehrere Tellerfederelemente in Umfangsrichtung mit Wellen ausgebildet sind.

10. Hydraulisches Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Federlager (14) einer ersten Federsäule (2) mit hohlen Dornen (20) ausgebildet sind, in denen jeweils zusätzliche Federglieder zweier zweiter Federsäulen (22, 23) aufgenommen sind, die auf die Betätigungselemente (11, 12) wirken.

11. Hydraulisches Dämpfungselement nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Dämpfungselement doppeltwirkend zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Betätigungselementen (11, 12) angeordnet ist, die das Dämpfungselement jeweils beidseitig umgreifen und auf die Federlager wirken.

12. Verwendung eines hydraulischen Dämpfungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für ein Motorlager.

13. Verwendung eines hydraulischen Dämpfungselements nach einem der Ansprüche 1 bis 11 für einen Drehschwingungsdämpfer in tangentialer, radialer oder axialer Anordnung des Dämpfungselements.