ELASTIC RUBBER MOUNT

Abstract: 1. A resilient rubber bearing in which a bearing plate (1), an annular conical spring element (2) and a base plate (3) enclose a working chamber (8) filled with hydraulic fluid, which chamber is connected via a nozzle (6) to a compensating chamber (9) outwardly delimited by flexible bellows (7), the base plate containing a disc (11) connected to it in a liquid-tight manner, which disc is movable parallel to the direction of the induced vibrations, characterised in that on either side of the disc (11) there is provided a stop (4, 5) connected to the base plate (3), that the nozzle (6) for the hydraulic fluid is rigidly coordinated with the base plate (3), that the ratio of the length to the diameter of the nozzle is from 4 to 80 and that the ratio of the volume of the working chamber (8) to the volume of the nozzle (6) is from 4 to 200.

Description: Elastisches Gummilager Die Erfindung betrifft ein elastisches Gummilager, bei dem eine Lagerplatte, ein ringförmig ausgebildetes, kegeliges Federelement und eine Bodenplattc einen mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum umschliessen, der durch eine Düse mit einem durch einen flexiblen Balg nach aussen begrenzten Ausgleichsraum verbunden ist, und wobei die Bodenplatte eine flüssigkeitsdicht damit verbundene Scheibe enthält, die parallel zur Richtung der eingeleiteten Schwingungen beweglich ist. Ein elastisches Gummilager dieser Art ist aus GB-PS 811 748 bekannt. Die Düse ist dabei zentrisch in einer den Arbeitsraum und den Ausgleichs- raum voneinander trennenden Meinbran angeordnet, wodurch sie ihre Lage in Abhängigkeit von der Amplitude der jeweils eingeleiteten Schwingungen stetig und in undefinierter Weise verändert Schwingungen mit grosser Amplitude können dadurch nur in einem unzureichenden Masse gedämpft werden. Eine Verbesserung der erzielten Dämpfullgswirkung von Schwingungen dieser Art ist durch eine Dämpfung der Beweglichkeit der Membrane m; lich. Dabei muss aber eine Verschlechterung der Isoliereigenschaften gegen über Schwingungen mit niedriger Amplitude in Kauf genonaen werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Gummilager zu entwickeln, bei dem die erzielte Dämpfungswirkung und die erzielte Isolierwirkung unabhängig voneinander optimiert werden können, und das dadurch sowohl gute Dämpfungseigenschaften als auch eine gute Isolierwirkung aufweist. Unter einer guten Isolierwirkung ist in bezug auf eine Verwendung als Motorlager ist insbesondere zu verstehen, dass eine Körper- schallübertragung vom Motor auf das Chassis.des-F.ahrzeuges weitgefegd ausgeschlossen werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Weiterentwicklung des eingangs beschriebenen, elastischen Gummi lagers vorgeschlagen, die dadurch gekennzeichnet ist, dass beiderseits der Scheibe ein mit der Bodenplatte verbundener Anschlag vorgesehen ist, dass die Düse für die hydraulische Flüssigkeit dem Tragflansch starr zugeordnet ist, dass das Verhältnis aus der Länge und dem Durchmesser der Düse 4 bis 80 beträgt und dass das Verhältnis aus dem Volumen des Arbeitsraumes und dem Volumen der Düse 4 bis 200 beträgt. Die vorteilhaften Eigenschaften des vorgeschlagenen Gummilagers ergeben sich aus der folgenden Funktion: Das vorgeschlagene Gummilager ist ein hydraulisches Einkammer-Gummilager, d.h., der hydraulische Innendruck in dem Arbeitsraum ist unabhängig von der statischen Belastung, und die sich infolge der eingeleiteten Schwingungen darin ergebenden Druckveränderungen sind rein dynamischer Natur. Sie haben keinen Einfluss auf die Federungscharakteristik des den Arbeitsraum in einem Teilbereich begrenzenden Federelementes aus gummielastischem Werkstoff. Dieses kann in seinem Querschnitt infolgedessen beliebig gestaltet werden, und damit auch so, dass eine optimale Isolierung von eingeleiteten Schwingungen mit einer kleinen Amplitude gewährleistet ist. Schwingungen dieser Art können dadurch beschrieben werden, dass das von dem Federelement jeweils verdrängte Flüssigkeitsvolumen kleiner sein muss als das durch ein synchrone Ausweichbewegung der Scheibe aufnehm- bare Volumen. Eine Verschiebung von Flüssigkeitsbestandteilen durch die Düse in den Ausgleichsraum findet bei Einleitung derartiger Schwingungen nicht statt. Bei Einleitung von Schwingungen mit einer grösseren Amplitude wird die freie Beweglichkeit der Scheibe durch die beiderseits davon angeordneten Anschläge behindert, und es kommt zu einem dynamischen Druckaufbau in dem Arbeitsraum mit der Folge einer synchronen Verschiebung des in der Düse enthaltenen Flüssigkeitsvolumens. Bei Verwendung üblicher lydraulik- öle ergibt sich dann ein optimaler Dämpfungseffekt für die eingeleiteten Schwingungen, wenn das Verhältnis aus der Länge und dem Durchmesser der Düse 4 bis 80 beträgt und wenn das Verhältnis aus dei Volumen des At'I)n.iL- raumes und dei Volumen der Düse 4 bis 200 beträgt, wobei ein Bereich von 10 bis 30 bzw. 8 bis 60 bevorzugt wird. Die ausgezeichnete Dämpfungs- wirkung in bezug auf die Einleitung von Schwingungen mit grosser Amplitude beruht neben der durch den engen Durchlassquerschnitt der Düse bedingten Drosselwirkung auch auf dynamischen Effekten, insbesondere auf der Tilgung der eingeleiteten Sc1iwingung'#n infolne Hin- und Herbewegun(J der lasse des in der Düse enthaltenen Flüssigkeitsvolumens Der Ausgleichsraum soll zur Verhinderung eines Druckaufbaues im Inneren durch einen flexiblen Balg mit besonders weichelastischen Eigenschaften begrenzt sein. Sofern der Ausgleichsraum durch einen Faltenbalg aus einem plastomeren oder einem elastomeren Werkstoff begrenzt ist, beispielsweise aus PVC oder Gummi, muss ein besonders weicher Werkstoff ausgewählt werden. Unter Verwendung von Rollmembranen lassen sich gute Ergebnissse erzielen, wenn diese aus einem flexiblen Gewebe bestehen, das ein- oder beidseitig durch eine Beschichtung aus einem elastomeren oder einem plastomeren Werkstoff abgedichtet ist. Die Wandstärke einer derartigen Rollmembran kann bis auf wenige zehntel Millimeter reduziert sein. Um eine mechanische Beschädigung zu verhindern, kann ein entsprechend ausgebildeter Balg beispielsweise in einem Schutzkorb oder -topf aus einem metallischen Werkstoff angeordnet werden, der fest mit der Lagerplatte verbunden ist. Durch zweckmässig angebrachte Entlüftungsöffnungen ist dabei eine freie Beweglichkeit der Membran zu gewährleisten. Die Scheibe ist gegenüber der Lagerplatte abgedichtet und frei beweglich. Es ist generell denkbar, der Scheibe die Gestalt eines Schwebekolbens zu geben, wobei die Beweglichkeit durch die zu überwindenden Reibungskräfte behindert werden kann. Das Lagerspiel eines solchen Schwebekolbens, der beispielsweise die Gestalt einer ebenen Platte aus Gummi oder Kunststoff haben kann, muss deshalb so gemessen werden, dass einerseits die Beweglichkeit nicht behindert wird, und dass andererseits eine ausreichende Abdichtung gegenüber der Lagerplatte gewährleistet ist. Das Zustandekommen einer nennenswerten hydraulischen Verbindung zwischen dem Arbeitsraum und zwischen dem Ausgleichsraum ist im Sinne der vorliegenden Erfindung unerwünscht. Es ist auch möglich, den Schwebekalben durch ein melllbrallartiges übergangs- stück flUssigkeitsdicht, jedoch beweglich mit der Bodenplatte zu verbinden. Dabei lässt sich aber eine gewisse Beeinträchtigung der freien Beweglichkeit des Kolbens nicht vermeiden, was sich in schwierigen Fällen nachteilig auf die Entkopplung hochfrequenter Schwingungen und damit der Isoliereigenschaften des Gummilagers auswirken kann. Im allgemeinen wird eine runde Form bevorzugt Es ist jedoch in Abhängigkeit von der Gestalt des elastischen Gummilagers auch möglich, gegebenenfalls abweichende Formen zu wählen, beispielsweise eine ovale Gestalt. In allen Fällen wird angestrebt, dass der bewegliche Teil der Scheibe wenigstens 50 % des Innendurchmessers des Arbeitsraumes überdeckt. Hierdurch lassen sich Querströmungen und andere unerwünschte Effekte bei Einleitung kleiner Schwingungen weitgehend unterdrücken. Die Scheibe kann flexibel ausgebildet sein und beispielsweise aus einem gummielastischen Werkstoff bestehen. In diesem Falle ist es notwendig, die Anschläge in Abhängigkeit von der Flexibilität durch mit dem Tragflansch verbundene, regelmässig wiederkehrende Aussparungen aufweisende Gitter zu ersetzen, deren Offenflächenanteil 40 bis 90 % beträgt. Die Dicke der Scheibe kann im Bereich des Einspannquerschnittes vermindert- sein, meine besonders leichte Beweglichkeit zu ermöglichen. Der jeweilige Abstand von den beiderseits angeordneten Anschlägen ist spiegelbildlich gleich, er kann jedoch über dem Durchmesser der Scheibe variiert sein, und beispielsweise in der Mitte, wo stärkere Deformationen auftreten, wesentlich grösser sein als im Bereich der Randzonen. Es ist eine gleichmässige Zunahme zur Mitte hin möglich, jedoch auch eine Zunahme des Abstandes, der sich asyniptotisch bei etwa 1/4 des Abstandes vom Mittelpunkt der Scheibe einem Maximalwert nähert. Die DUse kann eine die Scheibe umgebende Aussparung der Bodenplatte sein, deren Austrittsöffnungen beiderseits tatigential in den jeweiligen Rfiulllen enden. Es ist auch möglich, in der ISodenl)latte zwei spiegelbildliche Anschlagplatten anzuordnen, die ill einer Richtung parallel zur Richtung der eingeleiteten Schwingungen nicht beweglich, jedoch yegenüber der Bodenplatte abgedichtet und gegeneinander drehbar sind. Auch llierbei ist im mittleren Bereich eine Aussparung zur Aufnahme der Scheibe vorgesehen sowie eine Vielzahl von Durchbrechungen zur Bildung des Anschlaggitters für die Scheibe. Das Anschlaggitter ist von der spiralig angeordneten Aussparung umgeben, die auf der Oberfläche der Stirnseite der einen Anschlagplatte beginnend,inl Verlauf eine zunehmende Tiefe annimmt, die Anschlagplatte schliedlich durchdringt und auf der Rückseite gleichsinnig mit abnehmender Tiefe fortgesetzt ist. Durch die spiegelbildliche Zusammenfassung beider Anschlagplatten und ein gegenseitiges Verdrehen lässt sich die tatsächliche Länge und,bedingt,der Querschnitt der von den beiderseitigen Aussparungen gebildeten Düse sehr exakt einstellen, wodurch die erzielte Dämpfung grössenordnungsmässig optimiert und auf einen bestimmten Frequenzbereich eingestellt werden kann. Es wurde gefunden, dass sich bei einer entsprechenden Ausführung bei der Einfederung der Lagerplatte in Richtung der Austrittsöffnungen eine gleichgerichtete Kreisströniung der hydraulischen Flüssigkeit im Arbeitsraum und im Ausgleichsraum ausbildet, deren Richtung beim Ausfedern spontan wechselt. Bei der Ab-- bremsung der in beiden Räumen rotierenden Flüssigkeitsmassen und deren erneuter Beschleunigung wird ein Teil der eingeleiteten Schwingungsenergie irreversibel vernichtet, wodurch der Effekt der Verwendung einer relativ langen Düse zwischen den beiden Räumen wesentlich verstärkt wird. Besonders gute Eigenschaften lassen sich durch Verwendung mehrerer Düsen erzielen, die auf dem Umfang in gleichmässigen Abständen Verteilt, und deren Austri ttsöffnungen gleichsillnig orientiert sind. Als Itydraulische Flüssigkeit können die Ubl iciieii liydraul i köl e verwendet werden. Es bedarf der besonderen Beachtung, dass die ausgewÄtjjte Flüssigkeit im Bereich der unter Betriebsb#dingungen zu erwartenden Temperaturen eine ausgeglichene Viskosität aufweist. Als vorteilhafter hat sich unter diesel Gesichtspunkt die Verwendutig eines Gemisches aus Glykol und Wasser bewährt, vorzugsweise aus Glycerin und Wasser, wobei die beiden Substanzen vorzugsweise in einem Verhältnis von 1 ; 1 bis 2 : 1 untereinander vermischt werden. In der in der Anlage beigefügten Zeichnung ist Bezug genommen auf eine beispielhafte Ausführung des erfindungsgemässen Gummilagers. Es zeigen: Figur 1 ein Gummilager in längsgeschnittener Darstellung. Der linke Teil der Darstellung nimmt bezug auf eine Belastungssituation, in der die Lagerplatte ausgefedert ist, der rechte Teil der Darstellung nimmt bezug auf eine Belastungssituation, in der die Lagerplatte unter Einwirkung einer Last eingefedert ist. Figur 2 zeigt die Anschlagplatten 4, 5 in der Draufsicht. Figur 3 zeigt die Anschlagplatten gemäss Figur 1 in längsgeschnittener Darstellung. Figur 4 nimmt bezug auf einen Längsschnitt durch die Düse 6 bei einer Lagerplatte entsprechend den Figuren 2 und 3. Das dargestellte Gummilager besteht aus einer Lagerplatte 1 mit einer darin angeordneten Bohrung mit einem Gewinde zur Befestigung eines darauf zu lagernden, schwingenden Maschinenelementes, beispielsweise eines Motors oder eines Radlagers. Die Lagerplatte hat eine kreisförmige Gestalt, und sie ist durch ein kegeliges Federelement 2 aus einem gummi- elastischen Werkstoff unlösbar an die Bodenplatte 3 anvulkanisiert. Die das Federelement gegenüber der Lagerplatte und gegenüber der Bodenplatte begrenzenden Fl ä.c#ien sind im wesentlichen zueinander l)arallel ei ausgeri ci Lot. Die Bodenplatte ist darUberliinaus mit einem Flansch mit mehreren Bohrungen verseilen, um eine Verschraubung beispielsweise an einer Fahrzeugkarosserie zu ermöglichen. Die Bodenplatte weist auf der Innenseite eine umlaufende, winkelförmig nach Innen geöffnete Aussparung auf, in der die Anschlagplatten 4, 5 und der flexible Balg 7 mit einem Haltering 10 flüssigkeitsdicht ver ankertsind, Die Anschlagplatten weisen im mittleren Bereich gitterartige Durchbrechungen 12 auf, und die Aussparungen sind so bemessen, dass sich beiderseits ein axialer Abstand von der beweglichen Scheibe 11 aus einem elastomeren Werkstoff ergibt. Die Scheibe ist mit einem umlaufenden Wulst ausserhalb des Gitters zwischen den beiden Anschlagplatten flüssigkeitsdicht eingespannt. Die Dicke der Scheibe ist in einer rauialen Richtung innerhalb des Wulstes vermindert, um eine verbesserte Beweglichkeit zu erhalten. Sie kann auch ohne eine kraftschlüssige Einspannung in axialer Richtung frei beweglich in der Aussparung gelagert sein, Die beiden Anschlagplatten werden ausserdem von der das durch die Durchbrechungen 12 gebildete Gitter spiralig umgebenden Düse 6 durchdrungen, wobei die beiderseitigen Aussparungen möglichst gleichmässig ineinansser übergehen.#ollen. In Hinblick auf eine gute Einstellmöglichkeit der Länge der Düse durch ein gegenseitiges Verdrehen der beiden Anschlagplatten 4, 5 gegeneinander haben sich kleine Winkel bewährt, beispielsweise Werte von weniger als 100, bevorzugt in einem Bereich von 1 bis 40. Sind auf dem Umfang der Anschlagplatten hingegen mehrere Düsen in gleichmässigen Abständen verteilt, dann kann sich aus geometriscilen Gründen die Notwendigkeit ergeben, grössere Steigungswinkel zu wählen, beispielsweise solche in einem Bereich von 20 bis 300. Ungeachtet dessen ist es in allen Fällen anzustreben, dass die beiderseitigen Enden einerseits tangential in den Arbeitsraum 8 münden, andererseits in den Ausgleichsraum 9. Der Ausgleichsraum wird nach unten durch einen flexiblen Bafg 7 begrenzt, der als Rollmembran ausgebildet ist. Diese besteht aus einer weichen Gummi schicht, die durch ein Gewebe aus Polyesterfäden verstärkt ist. Die Rollmembran hat eine durchschnittliche Wandstärke von 0,3 miii. Sie ist wegen ihrer mechanischen Empfindlichkeit durch eine zusätzliche Schutzkappe 14 aus Stahlblech besonders geschützt. Die Schutzkappe weist eine Entlüftungsöffnung 13 auf, um eine freie Beweglichkeit der Rollmembrane zu gewährleisten. Es ist daneben möglich, die Schutzkappe robust auszuführen und anstelle eines Flansches der BodenOlatte zur Verankerung des Gummilagers zu verwenden. Die verwendete hydraulische Flüssigkeit ist ein Gemisch aus Wasser und Glycerin im Verhältnis 1 : 2. Sie weist in einem Temperaturbereich von -30 bis +iüüQeine gleichmässige Viskosität auf, und eine die Dämpfungswirkung beeinträchtigende Schaumbildung findet auch bei Einleitung hoher Frequenzen nicht statt. Der freie Durchlassquerschnitt der Düse beträgt bei einem Volumen des Arbeitsraumes von 58 cm3 43 mm2. In Figur 2 sind die beiden untereinander verbunden Anschlagplatten 4, 5 in der Draufsicht wiedergegeben. Die durch die Aussparung gebildete Düse 6 durchdringt in einer spiraligen Windung die einzelne Anschlagplatte mit einer Dicke von ca 6 mm auf einer Länge von ca. 430 mit gleichmässiger Steigung. Durch die Fortsetzung der Aussparung in der Aussparung der spiegelbildlich zugeordneten Gegenplatte ergibt sich nahezu auf der gesamten Länge ein gleichbleibender Querschnitt. Die Länge kann durch ein gegenseitiges Verdrehen der beiden Anschlagplatten eingestellt werden, was durch Figur 4 verdeutlicht werden soll. Figur 4 nimmt bezug auf den Verlauf der Düse 6 durch die beiden Anschlagplatten 4, 5, wobei aus Gründen der Anschaulichkeit auf eine massstäbliche Wiedergabe ver zichtet wurde. Im Vergleich zur l)icke der Anscilagplatten ist die Länge der Düse deshalb in wesentlich verkürzter Ponn wied'Qr;jeget)en. Es ist jedoch erkennbar, dass bei einer relativen Verschiebung der Anschlagplatte 5 in bezug auf die Anschlagplatte 4 eine Verlängerung bzw. eine Verkürzung der Düse 6 eintritt,und in begrenztem Masse auch von deren Querschnitt. Dieser Vorgang wird bei den Anschlagplatten gemäss Figur 2 durch ein gegenseitiges Verdrehen praktisch nachvollzogen. Das vorgeschlagene Gummilager lässt sich dadurch hinsichtlich der erzielten Dämpfungswirkung sowohl grössenmässig optimieren als auch hinsichtlich der Lage der Dämpfung auf einen bestimmten Frequenzbereich einstellten. Die Anschlagplatten können aus Metall oder Kunststoff bestehen, wobei jedoch eine Ausführung aus Aluminiumdruckguss wegen der grossen#mechanischen Steifigkeit bevorzugt wird. Der rechnerische Durchmesser der Düse ergibt sich bei dem dargestellten, von einem runden Profil abweichenden Querschnitt als quadratische Wurzel aus dem Produkt des Faktors 1,27 und der Querschnittsfläche der Düse. Abweichende Querschnittsformen können entsprechend in die beanspruchte Formel eingesetzt werden. Sie haben keinen Einfluss auf die Wirkungsweise. Die Länge der Düse entspricht der Strecke, auf der das Profil der Aus sprung auf allen Seiten durch feste Wände begrenzt ist. Die sich an diesen Bereich beiderseits anschliessenden Ein- und Auslaufkeile gleicher Steigung werden nicht mitgerechnet und bleiben ausser Betracht. Die Länge ist in Figur 4 mit "L" bezeichnet. Als Volumen des Arbeitsraumes wird das Volumen eingesetzt, das sich bei entlastetem Gumiiii lager ergibt.

Claims: Patentansprüche 1. Elastisches Gummilager, bei dem eine Lagerplatte, ein ringförmig aus gebildetes, kegeliges Federelement und eine Bodenplatte einen mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllten Arbeitsraum umschliessen, der durch eine Düse mit einem durch einen flexiblen Balg nach aussen begrenzten Ausgleichsraum verbunden ist, und wobei die Bodenplatte eine flüssig keitsdicht damit verbundene Scheibe enthält, die parallel zur Richtung der eingeleiteten Schwingungen beweglich ist, dadurch gekennzeichnet, dass beiderseits der Scheibe (11) ein mit der Bodenplatte (3) verbundener Anschlag (4, 5) vorgesehen ist, dass die Düse (6) für die hydraulische Flüssigkeit der Bodenplatte (3) starr zugeordnet ist, dass das Verhältnis aus der Länge und dem Durchmesser der Diese 4 bis 80 beträgt, und dass dass Verhältnis aus dem Volumen des ArbeitsrJui#es.¯-(8) und dem Volumen der DUse (6) 4 bis 200 beträgt, 2. Gummilager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis aus der Länge und dem Durchmesser der Düse (6) 10 bis 30 und das Ver hältnis aus dem Volumen des Arbeitsraumes (8) und dem Volumen der Düse (6) 8 bis 60 beträgt. 3. Gummi lager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe ein durch ein menibranartiges übergangsstück mit der Bodenplatte verbundenes, steifes Plättchen ist. 4. Gulamilager nach Anspruch 1 bis'bis-3; dadurch gekennzeichnet, dass die Scheibe flexibel ausgebildet ist, und dass die Anschläge jeweils durch ein mit dem Tragflansch verbundenes, regelmässig wiederkehrende Aus sparungen aufweisendes Gitter gebildet werden, das einen Oberflächen- anteil von 40 bis 90 % aufweist.- - 5. Gummilager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Düse durch eine spiralig die Scheibe umgebende Aussparung der Bodenpiatte gebildet wird, und dass die Austrittsöffnungen beiderseits tangential in den jeweiligen Räumen enden. 6. Gummilager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Düsen auf dem Umfang in gleichmässigen Abständen verteilt sind, und dass die Austrittsöffnungen gleichsinnig orientiert sind. 7. Gummilager nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Flüssigkeit ein Gemisch aus Glycerin und Wasser ist, und dass das Mischungsverhältnis beider Substanzen 1 bis 2 beträgt.

Inventors: HAMAEKERS, ARNO, RUDOLF, HANS-JOACHIM, TICKS, GERD-HEINZ
Applicants: FIRMA CARL FREUDENBERG
Application year: 1981
Main classification: B60K5
IPC codes: F16F9, F16F13, E21B1