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Die Erindung betrifft hydraulische
Antischwingungsvorrichtungen, die zum Zwecke der
Dämpfung und Verbindung und sogar der Abstützung für
den Einbau zwischen zwei starren Elementen z. B. einem
Fahrzeugchassis und dem Motor dieses Fahrzeuges
vorgesehen sind.
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Die Erfindung betrifft insbesondere solche
Vorrichtungen, die aus folgenden Teilen bestehen:
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- einer starren, ringförmigen Armatur mit der Achse Z,
die senkrecht oder im wesentlichen senkrecht
verläuft, und einem zu dieser Armatur koaxial
angeordneten starren Fußstück, die an dem einen bzw.
anderen der beiden miteinander zu verbindenden
starren Elemente befestigbar sind,
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- einer ringförmigen Wandung mit der Achse Z aus
elastomerem Material, die gegenüber Druckbelastung
in axialer Richtung widerstandsfähig und zwischen
der Armatur und dem Fußstück eingebaut ist,
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- einer flexiblen und dichten Membran, die durch die
Armatur gehalten wird und mit dieser, dem Fußstück
und der ringförmigen Wandung einen Raum begrenzt,
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- einer dazwischenliegenden Trennwand 5 mit wenigstens
einem starren, ringförmigen Abschnitt, die von der
Armatur gehalten wird und das Innere des Raumes in
zwei Kammern, eine Arbeitskammer auf der "untere
Seite" genannten Seite der Wandung und eine
Kompensationskammer unterteilt,
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- einem verengten Durchgang, der die beiden Kammern
dauernd miteinander verbindet und
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- einer flüssigen Masse, die die beiden Kammern und
den verengten Durchgang ausfüllt.
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Man weiß, daß bei einer derartigen Vorrichtung beim
Aufbringen von Schwingungen auf eine der Armaturen in
der Richtung Z mit relativ großer Amplitude (im
allgemeinen oberhalb 0,5 mm) und verhältnismäßig
niedriger Frequenz (im allgemeinen in der Größenordnung
von 5-20 Hz) die Flüssigkeit über den engen Durchgang
aus einer der beiden Kammern in die andere gedrückt
wird und umgekehrt, wobei die flüssige Masse, die auf
diese Weise verdrängt wird, wenn die Frequenz der
Schwingungen einen vorgegebenen Wert erreicht, der
abhängig ist von dem Verhältnis zwischen der axialen
Länge und dem Querschnitt des verengten Durchgangs, in
Resonanz gebracht wird, wodurch eine ausgezeichnete
Dämpfung der betreffenden Schwingungen sichergestellt
wird.
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Die Erfindung betrifft insbesondere
Antischwingungsvorrichtungen dieser Art vom sogenannten
"aufgehängtem Typ", bei denen das Fußstück, das
teilweise den Innenraum der Arbeitskammer begrenzt, den
Kopf einer Stange der Aufhängung selbst bildet, die
koaxial zu der ringförmigen Armatur, im Inneren des
unteren Abschnittes dieser Armatur angeordnet ist.
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Abstützungen dieser Art, die beispielsweise aus der
FR-A 2 555 272 bekannt sind, ermöglichen die Aufhängung
einer starren Einheit, beispielsweise eines Motors, der
unterhalb der Abstützungen angeordnet und an deren
Stangen angebracht ist, wobei die ringförmigen
Wandungen aus elastomarem Material auf Druck
beansprucht werden.
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Es wird darauf hingewiesen, daß diese ringförmigen
Wände sowohl in radialer als auch in axialer Richtung
deformierbar sind, wobei die Abstützungen Vibrationen
des Fußstückes auf die Armatur oder umgekehrt
übertragen können und hydraulische Effekte ebenso in
radialen Richtungen wie in Richtung der Achse Z
übertragen können.
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Im allgemeinen verläuft die Übertragung der
Vibrationen, die man kontrollieren möchte und um deren
Dämpfung man sich bemüht, im wesentlichen in axialer
Richtung.
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Die Schwingungen oder Vibrationen, die in radialer
Richtung übertragen werden, sind vernachlässigbar und
rechtfertigen keine besondere Behandlung.
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Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Frequenz der
Vibratrionen unterhalb eines relativ niedrigen
Schwellwertes bleibt, der beispielsweise bei 165 Hz
liegt; dieser Wert entspricht der zweiten
Oberschwingung der maximalen Drehgeschwindigkeit von
5.000 Umdrehungen/min. für die Wellen bestimmter
Dieselmotore, d. h. der Frequenz der Zündungen eines
solchen Motors.
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Wenn unter im übrigen gleichen Bedingungen der
betrachtete Motor durch einen Benzinmotor ersetzt wird,
dessen maximale Drehgeschwindigkeit über
7.000 Umdrehungen/min. liegt, was Schwingungen
entspricht, deren Frequenz etwa 230 Hz beträgt, führt
dies dazu, daß die radialen Komponenten der
Schwingungen Resonanzeffekte erzeugen, die unzureichend
filtriert sind und unangenehme Geräusche erzeugen.
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Es empfiehlt sich daher, besondere Mittel vorzusehen,
um die Stärke dieser Geräusche zu dämpfen. Dies ist der
Hauptzweck der vorliegenden Erfindung.
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Um dieses Ziel zu erreichen, sieht die Erfindung
ausgehend von einer Vorrichtung der eingangs
beschriebenen Art vor, daß die nach unten aufgeweitete
Wandung, die dann im Inneren des unteren ringförmigen
Abschnittes der Arbeitskammer nach oben eingezogen ist,
aus zwei Abschnitten besteht, die jeweils auf beiden
Seiten derselben ringförmigen, dazwischenliegenden
starren Armatur angebracht sind und daß diese Armatur
nach außen durch einen Ring mit der Achse Z verlängert
ist, der radial in die Arbeitskammer eintaucht, wobei
der Abschnitt dieser beiden Abschnitte, der zwischen
dem Kopfstück der Stange und der dazwischenliegenden
Armatur liegt, - nachstehend erster Abschnitt genannt
- eine große Steifigkeit in axialer Richtung und eine
geringe Steifigkeit in wenigstens einer radialen
Richtung aufweist.
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Dank dieses zuletzt genannten Merkmals wird der
hydraulische Effekt, der häufig "Kolbeneffekt" genannt
wird, und durch die Verschiebungen des Ringes in der
Arbeitskammer erzeugt wird, in axialer Richtung in
bezug auf diese radiale Richtung "entkoppelt".
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Mit anderen Worten wird die Übertragung der oben
erwähnten radialen Komponenten zwischen den beiden
starren Elementen gedämpft, ja sogar aufgrund der
Tatsache unterbunden, daß die Schwingungen des
Kopfstückes der Stange in der betrachteten radialen
Richtung nicht direkt auf den Ring übertragen werden.
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Besondere Ausführungsformen der Erfindung machen von
der einen und/oder anderen der folgenden Anordnungen
Gebrauch:
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- In dem ersten Abschnitt der ringförmigen Wandung
aus elastomerem Material sind Hohlräume
ausgenommen, die sich in der betrachteten radialen
Richtung diametral gegenüberliegen;
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- die dazwischenliegenden Armatur hat die Form einer
metallischen Schale ohne Boden;
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- der große Rand der metallischen Schale ist durch
Krempen verlängert und der Ring enthält eine
Scheibe, deren Innenrand mit Einschnitten versehen
ist, die die Wurzeln der radial über die Scheibe
umgebogenen Krempen der Schale aufnehmen;
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- der Umfang der Scheibe ist mit einem ringförmigen
Wulst aus elastomerem Material bedeckt.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung weitere
Anordnungen, die gleichzeitig benutzt werden und
nachstehend ausführlicher erörtert werden.
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Auf der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der
Erfindung dargestellt, auf die diese selbstverständlich
nicht beschränkt ist. Es zeigen:
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Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine
erfindungsgemäße hydraulische
Antischwingungsvorrichtung,
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Fig. 2 einen Teilschnitt gemäß der Linie II-II der
Figur 1 und
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Fig. 3 eine Scheibe der Abstützung
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Die dargestellte Antischwingungsvorrichtung besteht aus
folgenden Teilen:
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- einer starren ringförmigen Armatur 1 mit der
senkrechten Achse Z und einer mittleren koaxialen
Stange 2 mit einem vergrößerten Kopf 2&sub1;, mit denen
die Befestigung an jeweils einem der beiden
starren Elemente erfolgt, die unter Dämpfung ihrer
gegenseitigen Schwingungen miteinander verbunden
werden sollen, wobei die Elemente beispielsweise
Teil des Chassis eines Kraftfahrzeuges bzw. eines
Verbrennungsmotors, den das Fahrzeug enthält,
sind,
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- einer konischen Wandung 3 aus elastomerem
Material, die senkrecht zwischen der Armatur 1 und
dem Kopf 2&sub1; eingefügt ist,
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- einer biegsamen und dichten Membran oder einem
Balg 4, der derart dicht an der Armatur angebracht
ist, daß er mit dieser, der Wandung 3 und dem
Kopfstück 2&sub1; einen Raum umschließt,
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- einer dazwischenliegenden Wandung 5, die
wenigstens einen starren, ringförmigen Abschnitt
hat und von der Armatur 1 gehalten wird und die
das Innere des Raumes in zwei Kammern, eine
"Arbeitskammer" A auf der Seite der Wandung 3 und
eine "Kompensationskammer" B teilt und
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- einem verengten Durchgang 6, der in der
Trennwand 5 ausgebildet ist und die beiden
Kammern A und B dauernd miteinander verbindet.
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Eine Dämpfungsflüssigkeit L, z. B. Wasser mit einem
Antigelzusatz füllt die Kammern A und B ebenso wie den
Durchgang 6 aus.
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Die ringförmige Armatur 1 hat im vorliegenden Fall die
Form einer zylindrischen Hülse, deren oberes Ende eine
Abdeckung oder einen Schutzdeckel 7 für die Membran
bildet und ist mit einem Gewindezapfen 8 zur
Befestigung versehen, der sich nach oben erstreckt.
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Die Basis 2&sub1; der Hülse hat eine konische nach unten
zurückspringende Form und ist nach innen zu durch einen
in Querrichtung verlaufenden einspringenden Rand
verlängert, der mit einer mittleren Öffnung 11 versehen
ist; durch diese Öffnung tritt mit Spiel die Stange 2.
Die Öffnung ist jedoch zu klein, um den Kopf 2&sub1; der
Stange durchtreten zu lassen.
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Dies stellt eine Sicherheitsmaßnahme dar, wobei ein
eventuelles Anschlagen des Kopfes 2&sub1; gegen den Rand des
Loches 11 nach einem Bruch oder einer Zerstörung der
konischen Wandung 3 das Austreten der Stange 2 nach
unten verhindern würde.
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Diese konischen Wandung 3 - im folgenden "Konus"
genannt - verbindet die innere Oberfläche der konischen
Basis 1&sub1; der Armatur 1 mit der äußeren Oberfläche des
Kopfes 2&sub1;.
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Mit anderen Worten, hat der Konus 3 eine zum Inneren
der Abstützung zurückspringende Form, die zum
Mittelpunkt der Abstützung konvergiert.
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Die zurückspringende Anordnung oder die "Nase", die
durch den Konus 3 und den Kopf 2&sub1; gebildet wird, ist
dann umgeben von der ringförmigen Basis der
Arbeitskammer A, die die Form eines ringförmigen
Troges 12 hat.
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Bei den üblichen Ausführungsformen besteht der Konus 3
aus einem einzigen Block aus elastomerem Material und
die Schwingungen, die an der Stange 2 auftreten, werden
im wesentlichen durch den Abschnitt des Konus 3, der
den Kopf 2&sub1; der Stange umgibt, auf das Volumen der
Flüssigkeit übertragen, die in dem Trog 12 vorhanden
ist.
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Wenn die axiale Komponente dieser Schwingungen durch
den oben erwähnten Resonanzeffekt in Höhe des verengten
Durchganges 6 wirksam neutralisiert wird, so trifft
dies für ihre radialen Komponenten nicht zu.
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Die gleiche Beobachtung kann bei denjenigen ebenfalls
bekannten Ausführungsformen gemacht werden, bei denen
eine starre Scheibe mit dem Kopf der Stange fest
verbunden ist, deren Umfang radial in die
Arbeitskammer A eintaucht.
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Wie weiter oben erwähnt, hat die Erfahrung gezeigt, daß
unter bestimmten Umständen das Fehlen der
Neutralisation der erwähnten radialen Komponenten Anlaß
zu Fremdresonanzeffekten geben kann, die unerwünschte
Geräusche hervorrufen.
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Um derartige Phänomene zu unterdrücken oder zumindest
teilweise auf ein Maß zu beschränken, bei dem sie keine
störenden Geräusche hervorrufen, sieht die Erfindung
vor, daß der Konus 3 aus zwei Teilen besteht, die
voneinander durch eine starre ringförmige Armatur 13
getrennt sind, an der beide befestigt sind, wobei das
Teil, das der Achse am nächsten liegt, eine gute axiale
Steifigkeit und eine schwache Steifigkeit in wenigstens
einer radialen Richtung X aufweist (Fig. 2) und die
Armatur radial nach außen durch einen Ring 14
verlängert ist, der in die Arbeitskammer A hineinragt.
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Unter diesen Bedingungen bleibt dieser Ring 14, der die
Rolle eines "Kolbens" spielt, wenn er sich in die in
der Kammer A vorhandene Flüssigkeit verschiebt, mit der
Stange 2 "gekoppelt", was die axiale Komponente der
Schwingungen anbelangt, die auf diese Stange
aufgebracht werden und er ist im Gegensatz dazu von
dieser Stange "entkoppelt" oder gelöst, was insgesamt
die obige radiale Komponente anbelangt, wobei er in
irgendeiner Weise in der radialen Richtung X schwimmend
an der Stange befestigt ist.
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Die Erfahrung zeigt, daß dann die radialen
Schwingungen, die auf den Kolben durch die
radialen Komponenten der an der Stange auftretenden
Schwingungen einwirken, dazu führen, daß die
Übertragung dieser Komponenten von der Stange auf die
äußere Armatur 1 neutralisiert wird, wodurch die
entsprechenden unerwünschten Geräusche unterdrückt
werden.
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Bei dem auf Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die beiden Abschnitte des Konus 3, die durch die
dazwischenliegende Armatur 13 voneinander getrennt
sind, mit dem Bezugszeichen 3&sub1; für den Abschnitt mit
dem kleineren Durchmesser, der an dem Kopf 2&sub1;
angebracht ist und mit dem Bezugszeichen 3&sub2; für den
anderen Abschnitt, der an dem konischen Teil 1&sub1; der
äußeren Armatur 1 befestigt ist, bezeichnet.
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Dies alles spielt sich insgesamt ab, als wenn die
dazwischenliegende Armatur 13-14, die den Kolben
bildet, mit der mittleren Stange 2 durch einen
ringförmigen "Block" 3&sub1; verbunden wäre, der in axialer
Richtung wenig deformierbar, jedoch sehr stark durch
Scherung in der Richtung X deformierbar ist.
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Bei der betrachteten Ausführungsform hat die
dazwischenliegende Armatur 13 die Form einer
metallischen Schale ohne Boden, deren Profil ähnlich
dem des Kopfes 2&sub1;, jedoch selbstverständlich viel
größer ist.
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Die Ähnlichkeit zwischen den beiden Profile führt dazu,
daß der Abschnitt 3&sub1; des Konus 3 selbst die Form einer
dicken Schale ohne Boden hat, die den Kopf 2&sub1; und das
Ende der Stange 2, die mit diesem Kopf verbunden ist,
umgibt, wobei die Stärke dieser dicken Schale im
wesentlichen an allen Punkten identisch ist.
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Um die Steifigkeit des Abschnittes 2&sub1; in der radialen
Richtung X zu verringern, nimmt man in dem Abschnitt 2&sub1;
Zellen 15, 16 aus, die sich diametral paarweise in der
Richtung X gegenüberliegen und die jeweils in den
beiden vorderen in Querrichtung verlaufenden
Oberflächen dieses Abschnittes 3&sub1; ausgenommen sind.
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Was den Ring 14 anbelangt, besteht dieser vorzugsweise
aus einer Metallscheibe 17, deren Innenrand mit
Einschnitten 17&sub1; (Figur 3) ausgespart ist, die die
Fußpunkte der Laschen 13&sub1; dicht aufnehmen können, die
die Schale 13 nach oben verlängern: der umgebogene Rand
dieser Laschen 13&sub1;, der sich radial nach außen
erstreckt, ermöglicht eine Anbringung der Scheibe 17 an
der Kuppel 13 durch Verquetschen.
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Der Umfang der Scheibe 17 ist vorzugsweise mit einem
ringförmigen Wulst 18 aus elastomerem Material
beschichtet, wodurch ein progressiver Anschlag zwischen
dem Wulst und den gegenüberliegenden Flächen erzeugt
wird, gegen die dieser bei starken Deformationen der
Abstützung anschlagen kann.
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Aus dem gleichen Grund, nämlich zur Vermeidung eines
starken Kontaktes zwischen dem Ring 14 und der
gegenüberliegenden Fläche der äußeren rohrförmigen
Armatur, beschichtet man vorzugsweise die innere
Oberfläche dieser Armatur, die außen die Kammer A
begrenzt, mit einer Kautschukschicht 19, die durch
Verformung mit dem Konus 3 hergestellt wird.
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Die seitliche äußere Fläche des Wulstes 18 ist
vorzugsweise zylindrisch, wie es auf der Zeichnung
dargestellt ist; auf diese Weise wird zwischen dieser
und dem zylindrischen gegenüberliegenden Bereich der
Schicht 19 ein verengter ringförmiger Durchgang 20
gebildet, der sich in einer zu der Achse Z parallelen
Richtung erstreckt und einen seine gesamte Höhe im
wesentlichen konstanten Querschnitt hat.
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In bekannter Weise ermöglicht die Anwesenheit eines
derartigen Durchganges 20 zum Zwecke der Dämpfung oder
Filtration einen zweiten "Kolonneneffekt" auszunutzen,
der auf der Resonanz der Flüssigkeit beruht, die in dem
Durchgang vorhanden ist; der Effekt ist von der
gleichen Art wie der erste Kolonneneffekt, der auf der
Anwesenheit des verengten Durchganges 6 beruht: bei
einer geeigneten Dimensionierung der Abmessungen des
Durchganges 20 kann man den zweiten Effekt auf einen
zweiten Wert der Frequenz der zu filtrierenden oder zu
dämpfenden Schwingungen ausrichten.
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In ebenfalls an sich bekannter Weise sieht man im
Mittelpunkt der Trennwand 5 eine Öffnung vor, die durch
eine deformierbare Membran 21 verschlossen ist, die mit
Einrichtungen, z. B. einem Blech 22, das in die Membran
eingebettet ist, versehen ist, die geeignet sind, die
Amplitude der Schwingungen zu begrenzen.
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Die Vibrationen dieser Membran 22 erlauben es,
bestimmte Schwingungen mit einer relativ erhöhten
Frequenz und einer relativ kleinen Amplitude, die auf
die Stange 2 durch den aufgehängten Motor einwirken, zu
filtern.
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Unabhängig von der gewählten Ausführungsform erhält man
schließlich eine hydraulische
Antischwingungsvorrichtung, deren Aufbau und Funktion
vorstehend ausreichend beschrieben sind.
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Die Vorrichtung hat eine Reihe von Vorteilen,
verglichen mit bekannten Vorrichtungen dieser Art,
insbesondere was die Verringerung der Geräusche
betrifft, die durch die Komponenten von Schwingungen
mit relativ hoher Frequenz (insbesondere zwischen 150
und 400 Hz) in der radialen Richtung X erzeugt werden,
deren Stange 2 der Sitz ist, durch automatische
Verringerung der entsprechenden dynamischen Steifigkeit
der Vorrichtung gegenüber diesen Komponenten.
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Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die
beschriebenen Ausführungsformen beschränkt; sie
betrifft vielmehr alle Varianten, insbesondere solche,
bei denen der Abschnitt des Konus 3 mit dem kleinen
Durchmesser 3&sub1;, der an der inneren Oberfläche der
dazwischenliegenden Armatur 13 angebracht ist - wobei
der Abschnitt die vorstehend erläuterte Rolle des
"radialen auf Scherung arbeitenden Entkupplungsstückes"
spielt - im wesentlichen die gleiche Steifigkeit in
allen radialen Richtungen aufweist; dabei würde der
Wert der relativ geringen Steifigkeit beispielsweise
durch das Freisetzen der vielfachen Hohlräume in dem
Abschnitt 3&sub1; ganz um die Achse Z erhalten, wobei die
allgemeine Gestalt des Abschnittes 3&sub1; jedoch so
konzipiert wird, daß der Wert der axialen Steifigkeit
dieses Abschnittes relativ erhöht bleibt: dieses
zuletzt genannte Merkmal kann insbesondere
sichergestellt werden, wenn man dem Abschnitt 3&sub1; die
Form eines ringförmigen vollen Plättchens 23 gibt, das
axial zwischen zwei ringförmigen ebenen Abschnitten
eingefügt wird, die durch den Kopf 2&sub1; bzw. die
Schale 3, wie auf Fig. 1 dargestellt, gebildet werden.