DE3913819C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Motorlager für Kraftfahrzeuge nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein Motorlager dieser Art ist durch die DE-OS 34 05 907 bekannt.

Das bekannte Motorlager ist für die schwingungsisolierende Lagerung des Motors an der Karosserie bzw. dem Fahrgestell eines Kraftfahrzeuges gedacht und umfaßt - in mechanischer Parallelschaltung - einen gummielastischen Dämmkörper, der eine elastische Kopplung zwischen dem Motor und der Karosserie vermittelt, sowie ein Dilatanzelement, dessen Zweck es ist, eine Resonanzüberhöhung der Amplituden der in dem Dämmkörper- Massen-System möglichen Schwingungen abzuschwächen.

In einer speziellen Gestaltung umfaßt das Dilatanzelement des bekannten Lagers einen fest mit der Karosserie verbundenen Lagerblock mit einem mit der dilatanten Flüssigkeit gefüllten Aufnahmeraum, in den ein mit dem Motor verbundener Stempel hineinragt, der innerhalb des mit der dilatanten Flüssigkeit verfüllten Aufnahmeraumes einen Ringkanal oder Ringspalt begrenzt, in welchem die Flüssigkeit periodischen, durch das Eintauchen des Stempels erzwungenen Strömungsbewegungen unter­ worfen ist. Hierbei wird ausgenutzt, daß bei einem Überschreiten kritischer Werte sowohl der Scherung γ als auch der Scher­ geschwindigkeit die dilatante Flüssigkeit eine drastische Viskositätserhöhung erfährt, aus der gleichsam ein Steifigkeits­ sprung des Lagers insgesamt resultiert. Das Dilatanzelement ist so dimensioniert, daß dieser Steifigkeitssprung etwa im Bereich der Eigenschwingungs-Frequenz des Dämmkörper-Massen- Systems, für sich allein betrachtet, erfolgt. Das bekannte Lager ist weiter so ausgelegt, daß für Schwingungsamplituden, die kleiner als ca. 60 µm sind, der kritische Wert γ_krit der Scherung nicht mehr überschritten werden kann und daher, auch wenn die Schergeschwindigkeit in der Flüssigkeit oberhalb des diesbezüglich kritischen Wertes läge, was bei höher fre­ quenten, jedoch nur mit relativ kleinen Amplituden anregbaren - akustischen - Schwingungen der Fall sein kann, der Steifig­ keitssprung nicht eintritt und somit die Schwingungs-Isolations­ eigenschaften zu höheren Frequenzen hin wieder allein durch den Dämmkörper bestimmt sind, was insoweit ein günstiges Ver­ halten des Lagers im Sinne einer Geräuschunterdrückung ergibt.

Ein weiteres Motorlager, das nach dem vorgenannten Prinzip arbeitet, ist auch durch die DE 37 38 716 A1 bekannt.

Bei diesem Lager umfaßt das Dilatanzelement als Tauchkörper parallel oder annähernd parallel zueinander verlaufende, flach- plattenförmige Scherlamellen, welche die Bewegungen der einen über den Dämmkörper miteinander gekoppelten Masse mit ausführen, sowie parallel oder annähernd parallel zu diesen verlaufende, ebenfalls flach-plattenförmige Scherlamellen, welche die Be­ wegungen der anderen Masse mit ausführen, wobei jede der mit der einen Masse sich bewegenden Scherlamellen zwischen zwei mit der anderen Masse bewegbaren Scherlamellen hineinragt, und wobei die die Bewegungen der einen Masse, z. B. des Motors des Fahrzeuges mit ausführenden Scherlamellen und auch die die Be­ wegungen der anderen Masse, z. B. der Karosserie des Fahrzeuges mit ausführenden Scherlamellen gelenkig gelagert sind.

Diese Gestaltung des Motorlagers ist gewählt, um bei einer Auslegung des Dilatanzelementes auf eine vorgegebene dynamische Höchstbelastung gleichwohl mit günstig geringen Abmessungen realisierbar zu sein, sowie auch, um im Eigenschwingungsbereich des Lager-Massensystems bei einem Überschreiten kritischer Werte der Scherung und der Schergeschwindigkeit einen "sanfteren" Anstieg der Viskosität der dilatanten Flüssigkeit zu erzielen und zu höheren Frequenzen hin eine geringere dynamische Versteifung hinnehmen zu müssen.

Gleichwohl sind beide Realisierungsformen der insoweit erläuterten Motorlager mit zumindest den folgenden Nachteilen behaftet:

Wenn das Dilatanzelement im Sinne der erwähnten Versteifung "anspricht", was der Fall ist, wenn der Motor bei relativ nie­ drigen Frequenzen mit großen Amplituden relativ zur Karosserie "schwingt", so äußert sich dieses Ansprechen des Dilatanz­ elementes in einem spürbaren Ruck, - der vom Fahrer zumindest als störend empfunden wird und insoweit eine Einschränkung des Fahrkomforts bedeutet. Des weiteren ist nachteilig, daß das Lager, nachdem der Steifigkeitssprung eingetreten ist, nunmehr die vom Motor induzierten akustischen Schwingungen, das heißt Schwingungen von 20 Hz bis 2 kHz - nunmehr ungedämmt - auf die Fahrzeugkarosserie überträgt, was zu einer erheblichen und fortgesetzten Geräuschbelästigung im Fahrzeug führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Motorlager der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, daß auch dann, wenn das Dilatanzelement seinen Steifigkeitssprung erfahren hat und gleichsam starr geworden ist, gleichwohl noch eine Mindestnach­ giebigkeit des Lagers gewährleistet ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mit dem Dilatanzelement ein zusätzlicher Dämmkörper in Reihe geschaltet ist, dessen Federrate zwischen dem doppelten und dem 5fachen Wert der Federrate des Hauptdämmkörpers des Lagers liegt, wobei diese den zusätzlichen Dämmkörper und das Dilatanzelement umfassende mechanische Reihenschaltung parallel zu dem Hauptdämm­ körper des Lagers geschaltet ist.

Hierdurch bleibt in jedem Falle eine definierte Mindest­ nachgiebigkeit des erfindungsgemäßen Motorlagers erhalten, dessen Gesamt-Federrate, sobald der Steifigkeitssprung des Dilatanzelements eingetreten ist, der Summe der Federraten beider Dämmkörper entspricht. Es wird sowohl im gesamten Frequenzbereich der akustischen Schwingungen, die im wesent­ lichen durch die Motor-Anregung induziert werden, eine hinreichend gute Dämmung derselben auch dann gewährleistet, wenn das Dilatanzelement selbst starr oder quasi starr geworden ist, und es wird gleichzeitig auch eine Minderung der mit dem Ansprechen des Dilatanzelementes verknüpften Ruck-Empfindung und insoweit eine wesentliche Verbesserung des Fahrkomforts erzielt. Solange der Steifigkeitssprung des Dilatanzelements nicht eingetreten ist, wird der zusätzliche Dämmkörper nicht belastet.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter Motorlager erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein aus einem Hauptdämmkörper, einem zu diesem mechanisch parallel geschalteten Dilatanzelement und einem mit dieser Parallelschaltung in Reihe geschalteten zusätzlichen Dämmkörper bestehendes Motorlager,

Fig. 2 ein mechanisches Ersatzschaltbild des Motorlagers gemäß Fig. 1,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motorlagers und

Fig. 4 das mechanische Ersatzschaltbild des Motorlagers gemäß Fig. 3.

Das in der Fig. 1, auf deren Einzelheiten ausdrücklich verwiesen sei, dargestellte, insgesamt mit 10 bezeichnete Motorlager ist für eine schwingungsisolierende Abstützung eines lediglich durch einen Teil des Motorträgers 11 repräsentierten, im übrigen nicht dargestellten Fahrzeugmotors an der lediglich schematisch angedeuteten Karosserie 12 eines Straßenfahrzeuges gedacht.

Es besteht aus einem insgesamt mit 13 bezeichneten Hauptdämm­ körper, der in einer für Motorlager üblichen Gestaltung als Gummi-Metall-Lager ausgebildet ist und einem insgesamt mit 14 bezeichnetes Dilatanzelement, das ein topfförmiges Gehäuse 16 umfaßt, welches fest an der Karosserie 12 des Fahrzeuges montiert ist, sowie einem Tauchstempel 17, welcher fest mit dem motorseitigen Metallteil 18 des Gummi-Metall-Lagers 13 - des Hauptdämmkörpers - verbunden, oder, wie dargestellt, einstückig mit diesem ausgeführt ist.

Der Innenraum 18 des topfförmigen Gehäuses 16 des Dilatanz­ elements 14, der durch den - glockenförmigen - Hauptdämmkörper 13 nach oben hin abgeschlossen ist, ist durch eine Membran 19, deren äußerer Rand am Gehäuse 16 dicht eingespannt ist, und deren innerer Rand dichtend an den Tauchkörper 17 anschließt, in einen unteren Teilraum 18′ und einen oberen Teilraum 18′′ unterteilt, wobei der untere Teilraum 18′ voll­ ständig mit einer dilatanten Flüssigkeit verfüllt ist, während der obere Teilraum 18′′, der nach oben hin durch den Haupt­ dämmkörper 13 und den zentralen Bereich des Tauchstempels 17 abgeschlossen ist, mit Luft erfüllt ist und über eine Ausgleichsöffnung 21 mit den Außenraum in kommunizierender Verbindung steht.

Der Tauchstempel 17 ist an seinem unteren, von dem mit der dilatanten Flüssigkeit verfüllten Teilraum 18′ aufgenommenen Teil kreisscheibenförmig ausgebildet, wobei die Spaltweite w eines zwischen dem äußeren Rand 23 des unteren Stempelteils 22 und der inneren Wandfläche des seinerseits zylindrisch-topf­ förmig ausgebildeten Gehäuses 16 verbleibenden Ringspaltes 24 so gewählt ist, daß in diesem Ringspalt, wenn der Motor 11 relativ zur Karosserie 12 "vertikale", das heißt in Richtung des Doppelpfeils 26 erfolgende Schwingungsbewegungen ausführt, bei der hieraus in dem Ringspalt 24 resultierenden Strömung der dilatanten Flüssigkeit kritische Werte der Scherung γ_krit und der Schergeschwindigkeit überschritten werden, derart, daß die dilatante Flüssigkeit innerhalb des Ringspaltes eine drastische Erhöhung ihrer Viskosität erfährt und dadurch der Tauchstempel 17 nahezu starr mit dem Gehäuse 16 des Dilatanz­ elementes verbunden wird.

Diese Dimensionierung der Spaltweite w des ringförmigen Scher­ spaltes 24 ist des weiteren so getroffen, daß der aus der "Verbindung" des Tauchstempels 17 mit dem Gehäuse 16 resul­ tierende Steifigkeitssprung des Lagers 10 jedenfalls dann eintritt, wenn die Frequenzen der Schwingungen des Motors 11 gegen die Karosserie 12 im Bereich der Eigenfrequenz des Dämm­ körper-Massensystems 11, 12, 13 liegen, typischerweise in einem Frequenzbereich zwischen 5 und 10 Hz.

Der insoweit erläuterte Aufbau des Motorlagers 10 entspricht im wesentlichen demjenigen eines aus der DE-OS 34 05 907 bekannten Motorlagers mit Dilatanzelement.

Im Unterschied hierzu ist bei dem Motorlager 10 gemäß Fig. 1 ein weiterer Dämmkörper 27 vorgesehen, über den der Motor 11 an den - für sich bekannten -, den Hauptdämmkörper 13 und das Dilatanzelement 14 umfassenden Lagerteil elastisch abgestützt ist.

Dieser weitere Dämmkörper 27 ist als das elastische Element einer Gummi-Metall-Buchse ausgebildet, die in eine Bohrung 28 des Motorträgers 11 eingesetzt ist, wobei die zentrale Metall­ buchse 29 dieser Gummi-Metall-Buchse 27, 29 fest mit dem zentralen Metallteil 20 des den Hauptdämmkörper 13 bildenden Gummi-Metall-Lagers bzw. dem Tauchstempel 17 des Dilatanz­ elements 14 verbunden ist.

Die Federrate dieser Gummi-Metall-Buchse 27, 29, welche ihrer­ seits ein elastisches Lager darstellt, über das der Motorträger 11 an dem Tauchstempel 17 des Dilatanzelementes 14 abgestützt ist, hat einen Wert, der in typischer Auslegung zwischen dem doppelten und dem 5fachen Wert der Federrate des Gummi-Metall- Lagers 13 liegt.

Dem insoweit geschilderten Aufbau des Motorlagers 10 entspricht das in der Fig. 2 dargestellte, mechanische Ersatzschaltbild, wonach der zusätzliche Dämmkörper 27 mit der das Dilatanz­ element 14 und den Hauptdämmkörper 13 umfassenden Parallel­ schaltung dieser beiden Lagerelemente mechanisch in Reihe geschaltet ist.

Das Lager 10 hat hiernach in einer Betriebssituation des Fahr­ zeuges, in der durch das Überschreiten der kritischen Werte γ_krit und der Scherung γ und der Schergeschwindig­ keit in der dilatanten Flüssigkeit seinen Steifigkeitssprung zu höheren Werten der Steifigkeit hin erfahren hat, noch eine Mindest-Nachgiebigkeit, die nunmehr im wesentlichen allein durch die Federrate des weiteren Dämmkörpers 27 bestimmt und daher wohl definiert ist.

Es versteht sich, daß ein weiterer Dämmkörper 27 mit der anhand der Fig. 1 geschilderten Funktion alternativ auch zwischen dem Dilatanzelement 14 und der Fahrzeugkarosserie 12 angeordnet sein könnte.

Das Motorlager 10 gemäß Fig. 1 ist rotationssymmetrisch bezüglich seiner zentralen, in der Gebrauchslage vertikal verlaufenden Achse 25 ausgebildet, mit der Folge, daß es ein neutral­ elastisches Verhalten für Schwingungen zeigt, welche senkrecht zu seiner zentralen Längsachse 25 gerichtet sind und den Steifig­ keitssprung nur für solche Schwingungsformen entfaltet, bei denen der Motor 11 parallel zur zentralen Lagerachse 25 verlaufende Schwingungsbewegungen ausführt.

Das in der Fig. 3 dargestellte Motorlager 30 unterscheidet sich von dem Motorlager 10 gemäß Fig. 1 zum einen durch die Gestaltung des Dilatanzelementes 31 und zum anderen durch die Anordnung des weiteren Dämmkörpers 32, der hier zwischen dem zentralen Metallteil 20 des den Hauptdämmkörper 13 bildenden Gummi-Metall-Lagers und dem Dilatanzelement 31 angeordnet ist, so daß sich für dieses Lager 30 das in der Fig. 4 dargestellte mechanische Ersatzschaltbild ergibt, wonach die den zusätzlichen Dämmkörper 32 und das Dilatanzelement 31 umfassende Reihen­ schaltung parallel zu dem Hauptdämmkörper 13 geschaltet ist.

Soweit Funktionselemente des Lagers 30 gemäß Fig. 3 mit den­ selben Bezugszeichen belegt sind wie Funktionselemente des Lagers 10 gemäß Fig. 1, soll dies den Verweis auf die Bau­ gleichheit und/oder Funktionsgleichheit dieser Elemente und auch den Verweis auf die Beschreibung solchermaßen identisch bezeichneter Teile beinhalten, um Wiederholungen zu vermeiden.

Bei dem Lager 30 gemäß Fig. 3 ist die nach einer "Versteifung" seines Dilatanzelementes 31 "verbleibende" Gesamtfederrate des Lagers 30 durch die Summe der Federraten des Hauptdämmkörpers 13 und des zusätzlichen Dämmkörpers 32 bestimmt.

Das Dilatanzelement 31 das Lagers 30 umfaßt zwei Scherelemente 33 und 34, die innerhalb des Gehäuses 16 symmetrisch bezüglich der die zentrale Längsachse 25 des Lagers 30 enthaltenden, senkrecht auf der Zeichenebene stehenden Längsmittelebene des Lagers 30 angeordnet sind, die, in der bevorzugten Gebrauchslage des Lagers 30 parallel zur Längsmittelebene des Fahrzeuges verläuft.

Der zusätzliche Dämmkörper 32 ist hier als das elastische Glied einer Gummi-Metall-Buchse ausgebildet, die an einem, gemäß der Darstellung der Fig. 3 nach unten ragenden Zapfen 36 des zentralen Metallteils 20 des den Hauptdämmkörper 13 bildenden Gummi-Metall-Lagers montiert ist. An der äußeren Metallbuchse 37 sind um parallel zur Fahrzeuglängsachse verlaufende Achsen 38 und 39 schwenkbar Scherlamellenkörper 41 und 42 gelagert, welche beim dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils drei flach- plattenförmige Scherlamellen 43, 44 und 45 haben, deren Platten­ flächen parallel zu den Schwenkachsen 38 und 39 verlaufen. In der Schnittdarstellung der Fig. 3 gesehen, haben diese Scher­ lamellenkörper 41 und 42 eine Kamm- bzw. dreizinkig-gabelförmige Struktur.

In am Boden 46 des Gehäuses 16 angeordneten Lagerkörpern 47 und 48 sind, in der Schnittdarstellung der Fig. 3 U-förmige Scherlamellenkörper 49 und 51, ebenfalls um parallel zu den Schwenkachsen 38 und 39 der "oberen" Scherlamellenkörper 41 und 42 verlaufende Achsen 52 bzw. 53, schwenkbar gelagert, deren ebenfalls flach-plattenförmig ausgebildete Scherlamellen 54 und 56 zwischen je zwei Scherlamellen 43 und 44 bzw. 44 und 45 der oberen Scherlamellenkörper 41 und 42 hineinragen, wobei, in der dargestellten Ruhelage des Lagers 30 gesehen, die Scher­ lamellen jeweils äquidistant angeordnet sind.

Mit dilatanter Flüssigkeit verfüllte, im wesentlichen quader­ förmige Scherräume 57 und 58, welche außenseitig durch die jeweils äußeren Scherlamellen 43 und 45 und diese miteinander verbindende, nicht dargestellte Stirnwände begrenzt sind, sind durch elastische Faltenbälge 59 und 61, die sich zwischen den oberen Scherlamellenkörpern 41 und 42 und den Lagerkörpern 52 und 53 erstrecken, flüssigkeitsdicht gegen den Innenraum 18 des Gehäuses 16 abgeschlossen.

Das Motorlager 30 mit dieser geschilderten Ausbildung und An­ ordnung der Scherlamellenkörper 41 und 42 sowie 49 und 51 hat die Eigenschaft, daß es sowohl bei Relativbewegungen von Motor 11 und Karosserie 12, welche in Richtung der - verti­ kalen - zentralen Längsachse 25 des Lagers 30 erfolgen, als auch bei Relativbewegungen von Motor 11 und Karosserie 12, welche parallel zur Längsachse des Fahrzeuges erfolgen, die mit dem Ansprechen der Scherelemente 33 und 34 des Dilatanz­ elementes 31 verknüpfte Versteifung erfährt. Für Schwingungs­ bewegungen des Motors 11 gegenüber der Karosserie 12, welche in Fahrzeug-Querrichtung erfolgen, bleibt hingegen das Lager 30, auch bei großen Werten der diesbezüglichen Schwingungs­ amplituden, elastisch.

Es versteht sich, daß das Lager 10 gemäß Fig. 1 auch mit einem Dilatanzelement realisierbar ist, wie anhand der Fig. 3 beschrieben, und umgekehrt ein dem Ersatzschaltbild der Fig. 4 entsprechende, in spezieller Gestaltung anhand der Fig. 3 erläutertes Lager 30 auch mit einem Dilatanzelement 14 reali­ sierbar ist, wie anhand der Fig. 1 erläutert.

Weiterhin ist es selbstverständlich möglich, anstelle von Gummi- Metall-Buchsen zur Realisierung der zusätzlichen Dämmkörper 27 bzw. 32 auch andere federelastische Elemente zu verwenden, z. B. Blatt-, Spiral- oder Tellerfedern.

Claims (3)

1. Motorlager für Kraftfahrzeuge mit mindestens einem auf einem Elastomer bestehenden, die schwingungsfähigen Massen­ körper gegeneinander abstützenden Dämmkörper, der durch seine Nachgiebigkeit mindestens in einem beschränkten Frequenzbereich der auftretenden Schwingungen eine Dämmung derselben vermittelt, und mit einem zur Verminderung der Schwingungsamplituden im Eigenschwingungsbereich des Lager- Massensystems vorgesehenen Dilatanzelement, bei dem unter Ausnutzung der Viskositätseigenschaften einer dilatanten Flüssigkeit, die unter dem Einfluß der Relativbewegungen der schwingenden Massen erzwungene Strömungs- und/oder Scherbewegungen ausführt, eine Reduzierung der Schwingungs­ amplituden im Eigenschwingungsbereich des Lager-Massen­ systems erzielbar ist, wenn in dieser Flüssigkeit sowohl ein kritischer Wert γ_krit der Scherung γ als auch ein Schwellenwert der Schergeschwindigkeit über­ schritten sind, wobei die Auslegung des Dilatanzelementes einerseits dahin getroffen ist, daß im Bereich der Eigen­ schwingungsfrequenz des Lager-Massensystems die kritischen Werte γ_krit und der Scherung γ und der Scher­ geschwindigkeit erreicht bzw. überschritten werden, und andererseits dahingehend, daß der kritische Wert γ_krit der Scherung größer ist als ein mit der Anregung höher­ frequenter akustischer Schwingungen, deren Maximal­ amplituden kleiner sind als die im Eigenschwingungsbereich auftretenden Schwingungsamplituden verknüpfter Wert der Scherung der dilatanten Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Dilatanzelement (31) ein zusätzlicher Dämmkörper (32) mechanisch in Reihe geschaltet ist, dessen Federrate zwischen dem doppelten und dem 5fachen Wert der Federrate des Hauptdämmkörpers (13) des Lagers (30) liegt, und daß diese den zusätzlichen Dämmkörper (32) und das Dilatanz­ element (31) umfassende mechanische Reihenschaltung parallel zu dem Hauptdämmkörper (13) des Lagers (30) geschaltet ist (Fig. 3 und 4).

2. Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Dämmkörper (32) zwischen dem zentralen Metallteil (20) des den Hauptdämm­ körper bildenden Gummi-Metall-Lagers und dem Dilatanz­ element (31) angeordnet ist.

3. Motorlager nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Verhältnis der Feder­ rate des zusätzlichen Dämmkörpers (32) zu derjenigen des Hauptdämmkörpers (13) ein Wert zwischen 2 und 3, vorzugs­ weise um 2 gewählt ist.