DE3915311C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein hydraulisch wirkendes Dämpfungselement mit einer Hauptkammer und einer Aus­ gleichskammer, die zwischen zwei starren Stirnwänden kon­ zentrisch zueinander angeordnet und durch eine elasti­ sche, mit den Stirnwänden starr verbundene Trennwand von­ einander getrennt sind und über einen, sich mindestens über einen Teilumfang erstreckenden Überströmkanal mit­ einander in Verbindung stehen, und bei dem die außenlie­ gende Ausgleichskammer von einer gummielastischen Um­ fangswand umschlossen ist.

Ein derartiges Dämpfungselement ist aus der DE-PS 35 37 865 bekannt. Bei einem derartigen herkömmlich ausgebildeten Dämpfungselement ist zwischen den beiden starren Stirn­ wänden eine starkwandige Gummiwandung vorgesehen, die einmal als Trennwand zwischen der Hauptkammer und der Ausgleichskammer dient, die darüber hinaus aber auch eine wesentliche tragende Funktion übernimmt. Bei einer Schwingungsdämpfung und einer Dämmung hochfrequenter, insbesondere akustischer Schwingung, muß bei einer sol­ chen Ausbildung aber ganz wesentlich die Steifigkeit die­ ser Tragfeder berücksichtigt werden, wodurch sich erheb­ liche Abstimmungsschwierigkeiten zwischen hochfrequenten und niederfrequenten Schwingungen ergeben. Darüber hinaus ist bei einer solchen Gestaltung eine hohe Dämpfungskraft nur bei gleichzeitiger Überwindung der Federsteifigkeit dieser starkwandigen Gummiwandung erzielbar.

Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Dämpfungselement zu schaffen, das zwar eine hohe Volumensteifigkeit, jedoch nur eine sehr geringe Fe­ dersteifigkeit aufweist, so daß mit einem solchen Element eine Dämpfung im wesentlichen unabhängig von der Feder­ steifigkeit erfolgen kann. Es soll jedoch parallel zu einem Federelement hoher Steifigkeit einsetzbar sein. Darüber hinaus soll das Dämp­ fungselement insbesondere auch auf hochfrequente Schwin­ gungen besonders leicht und gegebenenfalls durch zusätz­ liche Maßnahmen abstimmbar sein, ohne daß für das reine Dämpfungselement selbst ein hoher Fertigungsaufwand er­ forderlich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Trennwand von einem druckstabilen Faltenbalg ge­ bildet ist, an dessen eines Ende der Überströmkanal als Bestandteil des Faltenbalges angeformt ist.

Damit ist bei diesem Dämpfungselement von einer starkwan­ digen Gummiwand mit hoher Federsteifigkeit und deren tragender Funktion ganz abgegangen worden, sondern es ist ein Lager geschaffen, bei dem Schwingungen unmittelbar bei nur noch einer sehr geringen Federsteifigkeit des La­ gers gedämpft werden können. Die dämpfende Wirkung ist jetzt allein durch die Volumensteifigkeit, die Geometrie des Überströmkanals und die Viskosität der verwendeten Flüssigkeit gegeben, und zwar unabhängig von der Feder­ steifigkeit, die bei einem solchen Dämpfungselement nur sehr gering ist.

Zweckmäßigerweise wird bei einem solchen Dämpfungselement der Überströmkanal gebildet durch eine doppelwandige Aus­ bildung des einen Endes des Faltenbalges derart, daß an­ grenzend an die Stirnwand eine Rinne angenähert recht­ eckigen Querschnittes gebildet ist, die einen angenähert tangentialen Einlaß von der Hauptkammer und einen angenä­ hert tangentialen Auslaß in die Ausgleichskammer aufweist.

Die beiden scheibenförmigen Stirnwände aus Metall oder Kunststoff können dabei auf ihrer kammerseitigen Fläche kreisringförmige Klemmnuten zur formschlüssigen Aufnahme der stirnseitigen Enden des Faltenbalges und auf ihrer Außenseite angeformte Krafteinleitungselemente, z. B. in Form eines Schraubbolzens oder einer Schwalbenschwanzfüh­ rung, aufweisen.

Dabei ist es möglich, daß eine der aus Kunststoff beste­ henden Stirnwände unmittelbar einstückig an den Falten­ balg angeformt ist.

Die gummielastische Umfangswand ist zweckmäßigerweise an­ genähert zylindrisch ausgebildet und umfaßt mit ihren En­ den die Stirnwände, gegen die sie mittels außenliegender Klemmringe flüssigkeitsdicht verspannt ist.

Es ist aber auch möglich, ein in etwa topfförmiges Gummi­ formteil vorzusehen, dessen angenähert zylindrischer Be­ reich die Kammerumfangswand und dessen flacher Bodenbe­ reich die an den Überströmkanal angrenzende Stirnwand bilden, in welcher ein kreisscheibenförmiges Armierungs­ teil aus Metall oder Kunststoff eingeformt ist und bei dem die Aufnahmenuten für das überströmkanalseitige Fal­ tenbalgende in die Gummistirnwand eingeformt sind.

Dabei kann das Armierungsteil am Außenumfang von einem ringförmigen Ansatz des Gummiformteils umschlossen sein und auf seiner innenliegenden Fläche ringförmige Nuten zur Aufnahme der das Faltenbalgende umschließenden ring­ förmigen Erhebungen des Gummiformteilbodens aufweisen.

Zur Entkopplung hochfrequenter Schwingungen können in an sich bekannter Weise zusätzliche Entkopplungsglieder vor­ gesehen sein.

Ein solches Entkopplungsglied kann aus einer in einer der Stirnseiten der Hauptkammer eingelassenen ebenen Gummi­ membran bestehen, die eine dahinterliegende luftgefüllte Membrankammer gegen die Hauptkammer abgrenzt.

Es ist aber auch möglich, daß das Entkopplungsglied die Wandung des Faltenbalges radial durchsetzende, auf einer Kreislinie liegende Bohrungen aufweist, die auf ihrer Außenseite von einem elastischen Gummiband abgedeckt sind, das die Bohrungen bei Druckerhöhung ventilartig freigibt.

Diese Bohrungen können in einem zylindrisch ausgebildeten Abschnitt am stirnseitigen Ende des Faltenbalges oder aber auch in der außenliegenden Wandung des Überströmka­ nals eingelassen sein.

Zum Aufbringen einer evtl. erforderlichen Federsteifig­ keit kann parallel zum Faltenbalg ein mechanisch wirken­ der Federkörper angeordnet sein. Dieser Federkörper kann als metallische Schraubenfeder ausgebildet und innerhalb des Faltenbalges zwischen den beiden Stirnwänden einge­ spannt sein.

Der Faltenbalg selbst besteht zweckmäßigerweise aus einem elastischen Kunststoff in Form von ungeschäumtem Polyure­ than, Polyäthylen, elastischem Polyester oder weichge­ machtem Polyamid. Es ist aber auch möglich, den Falten­ balg aus einer Polypropylen-EFDM-Legierung oder aber einem gummierten Gewebe herzustellen.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise von Ausführungsbeispielen nach der Erfin­ dung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch ein Dämpfungselement im prinzipiellen Aufbau,

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Dämpfungselement entlang der Schnittlinie II-II nach Fig. 1 im Bereich des Überströmkanals,

Fig. 3 eine weitere Ausgestaltung eines solchen Dämp­ fungselementes und

Fig. 4 ein Dämpfungselement mit zusätzlichen Entkopp­ lungsgliedern und Elementen zur Erhöhung der Fe­ dersteifigkeit.

Wie man aus den Schnittzeichnungen nach Fig. 1 und 2 er­ sieht, weist das Dämpfungselement eine obere Stirnwand 1 und eine untere Stirnwand 2 aus Metall oder Kunststoff auf, die außen von einer zylindrischen oder gewölbten weichelastischen Umfangswand 3 aus Gummi umschlossen sind. Zwischen den beiden Stirnwänden 1 und 2 ist nunmehr ein elastischer, aber druckstabiler Faltenbalg 4 einge­ setzt, der hier vereinfacht mit nur einer Falte darge­ stellt ist, selbstverständlich aber auch je nach Ausge­ staltung und erforderlichem Volumen mehrere Falten umfas­ sen kann. Dieser Faltenbalg 4 ist aus elastischem Kunst­ stoff, wie z. B. ungeschäumtem Polyurethan, Polyäthylen, Polyester oder weichgemachtem Polyamid, oder aus einer Polypropylen-EPDM-Legierung im Spritzgießverfahren oder Blasformverfahren oder aber aus einem gummierten Gewebe hergestellt. Am unteren Ende ist dieser Faltenbalg 4 über eine ggf. verdickte Stirnwulst 5 in eine entsprechende umlaufende Nut 6 in der unteren Stirnwand 2 klemmend ein­ gesetzt.

Der Faltenbalg 4 umschließt die Hauptkammer 7 des Dämp­ fungselementes, während zwischen dem Faltenbalg 4 und der außenliegenden Umfangswand 3 eine Ausgleichskammer 8 ge­ bildet wird. Beide Kammern 7 und 8 stehen über einen Überströmkanal 9 miteinander in Verbindung, der unmittel­ bar an den Faltenbalg 4 am oberen Ende angeformt ist. Da­ zu ist durch eine doppelwandige Gestaltung 10 und 11 praktisch eine U-förmige Rinne geschaffen, die auf der Oberseite von der Stirnwand 1 abgeschlossen ist und damit den Überströmkanal 9 bildet.

Wie man dazu aus dem Querschnitt nach Fig. 2 ersieht, weist der Kanal 9 einen zur Hauptkammer 7 freigeschnitte­ nen Einlauf 12 und einen zur Ausgleichskammer 8 freige­ schnittenen Auslauf 13 auf, wobei Einlauf 12 und Auslauf 13 strömungsgünstig gestaltet sind dadurch, daß im Be­ reich zwischen Auslauf und Einlauf die Außenwandung 10 wie ein Strömungsleitblech 14 nach innen geführt und in die Innenwandung 11 übergeht und dabei in einem flachen Winkel von ca. 30-40° zur Tangente von Außen- und In­ nenwandung verläuft.

Diese obere, durch die beiden Kanalwandungen 10 und 11 gebildete Stirnseite des Faltenbalges 4 ist nun in glei­ cher Weise über wulstförmige Verdickungen 15 und 16 in entsprechende Nuten 17 und 18 auf der innenliegenden Sei­ te der Stirnwand 1 eingeklemmt.

Zur flüssigkeitsdichten Absicherung kann die äußere Um­ fangswand 3 noch über Schellen oder Spannringe 20 und 21 luft- und flüssigkeitsdicht gegen die obere Stirnwand 1 bzw. die untere Stirnwand 2 verspannt sein. Ferner können zur Befestigung des Dämpfungselementes entsprechende Krafteinleitungselemente, z. B. in Form von Schwalben­ schwanzführungen 22 und 23, unmittelbar an die Stirnwände 1 und 2 angeformt sein.

Bei einem Zusammendrücken des Dämpfungselementes wird nun Flüssigkeit aus der faltenbalgartigen Hauptkammer 7 über den Überströmkanal 9 in die Ausgleichskammer 8 gepumpt, während beim Entlasten bzw. Dehnen des Elementes die Flüssigkeit wieder von der äußeren Ausgleichskammer 8 zu­ rück in die Hauptkammer 7 im Innern des Faltenbalges 4 gepreßt wird.

Während dieses Durchströmens durch den Überströmkanal 9 erfolgt nun die gewünschte Dämpfung, die weitgehend unab­ hängig von der Federsteifigkeit des Dämpfungselementes ist, da diese Federsteifigkeit sehr gering ist und nur durch die relativ weiche, äußere Umfangswand 3 und die axiale Stabilität des Faltenbalges 4 bestimmt wird. Das bedeutet, daß die Dämpfung eines solchen Elementes prak­ tisch allein bestimmt wird durch die Geometrie des Über­ strömkanals 9 und die Viskosität der verwendeten Flüssig­ keit.

Eine weitere konstruktive Gestaltungsmöglichkeit eines solchen Dämpfungselementes ist in Fig. 3 dargestellt. Da­ bei sind zunächst Faltenbalg 4 und untere Stirnwand 2 als einstückiges, integrales Element 25 ausgebildet, d.h. die Stirnwand 2 ist unmittelbar an den Faltenbalg 4 ange­ formt. Darüber hinaus sind Umfangswand 3 und der obere innenliegende Stirnwandbereich 26, die die Begrenzung des Überströmkanals 9 bildet, als einstückiges Gummiformteil 27 ausgebildet, in das lediglich ein massives Stirnwand­ teil aus Metall oder Kunststoff als Armierungsplatte 28 einge­ knüpft ist.

Die Stirnwand 26 des Gummiformteils 27 weist dabei ring­ förmige Erhebungen 29 und 30 auf, in die entsprechende Nuten zur Aufnahme der wulstförmigen Faltenbalgenden eingelassen sind. Zur Aufnahme und sicheren Ab­ stützung dieser Erhebungen 29 und 30 weist die Armie­ rungsplatte 28 entsprechende Nuten 31 und 32 auf. Zur sicheren Halterung ist darüber hinaus der äußere Rand der Armierungsplatte 28 noch von einem ringförmigen Ansatz 33 des Gummiformteils 27 umschlossen. Zusätzlich kann noch ein in der Zeichnung nicht dargestellter äußerer Spann­ ring vorgesehen sein.

Das in Fig. 3 dargestellte Dämpfungselement läßt sich so­ mit sehr einfach als zweiteiliges Bauteil herstellen und zwar einmal das Kunststoffteil 25 mit der unteren Stirn­ wand 2 und dem Faltenbalg 4 mit dem angeformten Über­ strömkanal 9 sowie als zweitem Bauteil dem Gummiformteil 27 mit der Umfangswandung 3 und der oberen Stirnwandung 26, wobei dieses Gummiformteil 27 beispielsweise direkt an die in die Spritzform eingelegte Armierungsplatte 28 angespritzt und anvulkanisiert werden kann.

Selbstverständlich sind auch andere konstruktive Gestal­ tungs- und Kombinationsmöglichkeiten als in Fig. 1 und 3 dargestellt denkbar. So kann ein Formteil 25 nach Fig. 3 mit einer oberen Stirnplatte 1 und einer Umfangswand 3 nach Fig. 1 oder ein Formteil 27 mit Armierungsplatte 28 nach Fig. 3 mit einer Stirnwand 2 und einem Faltenbalg 4 nach Fig. 1 kombiniert werden.

Zur Entkopplung bestimmter Frequenzen kann ein derartiges Dämpfungselement noch zusätzlich mit Entkopplungsgliedern versehen werden. Dies kann entsprechend Fig. 3 mit einer stirnseitig in der Hauptkammer 7 angeordneten kreisschei­ benförmigen Gummimembran 35 erfolgen, die eine dahinter­ liegende luftgefüllte Membrankammer 36 abschließt und bei Einleiten von Schwingungen bestimmter Frequenz und Ampli­ tude in Resonanz gerät und damit diese Schwingungen ent­ koppelt.

Eine weitere Möglichkeit der Entkopplung ist bei dem Aus­ führungsbeispiel nach Fig. 4 dargestellt. Dabei sind in einem zylindrischen unteren Abschnitt 40 des Faltenbalges 4 radiale Bohrungen 41 vorgesehen, die auf der Außenseite von einem umlaufenden elastischen Gummiband 42 abgedeckt sind. Bei plötzlichen Druckstößen kann dann das Gummiband 42 die Bohrungen 41 wie ein Ventil freigeben, so daß ent­ sprechende Flüssigkeit im Bypass zum eigentlichen Über­ strömkanal 9 ausströmen kann.

Für eine entsprechende Wirkung können aber auch Bohrungen 43 in der Außenwandung 10 des Überströmkanals 9 angeord­ net und von einem entsprechenden Gummiband 44 verschlos­ sen sein.

Wie bereits erwähnt, weist ein entsprechendes Dämpfungs­ element nur eine sehr geringe Federsteifigkeit und damit eine von der Federsteifigkeit praktisch unabhängige Dämp­ fung auf. Es ist dabei möglich, ein solches Dämpfungsele­ ment allein zur Schwingungsdämpfung oder parallel zu Ele­ menten hoher Federsteifigkeit einzusetzen. Ggf. kann einem solchen Dämpfungselement aber auch eine hohe Feder­ steifigkeit direkt integriert werden, und zwar wie das in Fig. 4 dargestellt ist, beispielsweise durch Anordnung einer zylindrischen Schraubenfeder 45 innerhalb der Hauptkammer 7 zwischen oberer Stirnwand 1 und unterer Stirnwand 2. Damit läßt sich auf einfache Weise eine er­ forderliche Anfangssteifigkeit des Dämpfungselementes aufbauen.

Insgesamt ergibt sich also ein Dämpfungselement, das ein­ fach herzustellen ist, besonders klein baut und trotz ho­ her Volumensteifigkeit eine sehr geringe Federsteifigkeit aufweist, so daß die dämpfende Wirkung allein durch Volu­ mensteifigkeit, Geometrie des Überströmkanals und Visko­ sität der verwendeten Flüssigkeit gegeben ist.

Claims (18)

1. Hydraulisch wirkendes Dämpfungselement mit einer Haupt­ kammer und einer Ausgleichskammer, die zwischen zwei starren Stirnwänden konzentrisch zueinander angeordnet und durch eine elastische, mit den Stirnwänden starr ver­ bundene Trennwand voneinander getrennt sind und über einen, sich mindestens über einen Teilumfang erstrecken­ den Überströmkanal miteinander in Verbindung stehen, und bei dem die außenliegende Ausgleichskammer von einer gum­ mielastischen Umfangswand umschlossen ist, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Trennwand von einem druckstabilen Faltenbalg (4) gebildet ist, an dessen eines Ende der Überströmkanal (9) als Bestandteil des Faltenbalges (4) angeformt ist.

2. Dämpfungselement nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Überströmkanal (9) gebildet ist durch eine doppelwandige Ausbildung (10, 11) des einen Endes des Faltenbalges (4) derart, daß angrenzend an die Stirnwand (1) eine Rinne angenähert rechteckigen Quer­ schnitts gebildet ist, die einen angenähert tangentialen Einlaß (12) von der Hauptkammer (7) und einen angenähert tangentialen Auslaß (13) in die Ausgleichskammer (8) auf­ weist.

3. Dämpfungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden scheibenförmigen Stirnwän­ de (1, 2) aus Metall oder Kunststoff auf ihrer kammersei­ tigen Fläche kreisringförmige Klemmnuten (6; 17, 18) zur formschlüssigen Aufnahme der stirnseitigen Enden des Faltenbalges (4) und auf ihrer Außenseite ange­ formte Krafteinleitungselemente, z. B. Schwalbenschwanzführungen (22, 23) aufweisen.

4. Dämpfungselement nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine der aus Kunststoff bestehenden Stirnwände (2) unmittelbar einstückig an den Faltenbalg (4) angeformt ist.

5. Dämpfungselement nach Anspruch 1 und 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gummielastische Umfangs­ wand (3) angenähert zylindrisch ausgebildet ist, mit ihren Enden die Stirnwände (1, 2) umfaßt und gegen diese mittels außenliegender Spannringe (20, 21) flüssigkeits­ dicht verspannt ist.

6. Dämpfungselement nach Anspruch 1 und 3 oder 4, gekennzeichnet durch ein angenähert topfförmiges Gummi­ formteil (27), dessen angenähert zylindrischer Bereich die Kammerumfangswand (3) und dessen flacher Bodenbereich die an den Überströmkanal (9) angrenzende Stirnwand (26) bilden, in welche eine kreisscheibenförmiges Armierungs­ platte (28) aus Metall oder Kunststoff eingeformt ist, und bei dem die Aufnahmenuten für das überströmkanalseitige Faltenbalgende in die Gummistirnwand (26) einge­ formt sind.

7. Dämpfungselement nach Anspruch 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Armierungsplatte (28) am Außenumfang von einem ringförmigen Ansatz (33) des Gummiformteils (27) umschlossen ist und auf seiner innenliegenden Fläche ringförmige Nuten (31, 32) zur Aufnahme der das Falten­ balgende umschließenden ringförmigen Erhebungen (29, 30) der Gummistirnwand (26) aufweist.

8. Dämpfungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zusätz­ liche Entkopplungsglieder für Schwingungen vorgegebener Frequenzen vorgesehen sind.

9. Dämpfungselement nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Entkopplungsglied aus einer in einer der Stirnseiten (2) der Hauptkammer (7) eingelasse­ nen ebenen Gummimembran (35) besteht, die eine dahinter­ liegende luftgefüllte Membrankammer (36) gegen die Haupt­ kammer (7) abgrenzt.

10. Dämpfungselement nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Entkopplungsglied die Wandung des Faltenbalges (4) radial durchsetzende, auf einer Kreis­ linie liegende Bohrungen (41; 43) aufweist, die auf ihrer Außenseite von einem elastischen Gummiband (42; 44) abge­ deckt sind, das die Bohrungen (41; 43) bei Druckerhöhung ventilartig freigibt.

11. Dämpfungselement nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bohrungen (41) in einem zylindrisch ausgebildeten Abschnitt (40) am stirnseitigen Ende des Faltenbalges (4) eingelassen sind.

12. Dämpfungselement nach Anspruch 10, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Bohrungen (43) in die außenliegende Wandung (10) des Überströmkanals (9) eingelassen sind.

13. Dämpfungselement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Faltenbalg (4) ein mechanisch wirkender Federkörper angeordnet ist.

14. Dämpfungselement nach Anspruch 13, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Federkörper als metallische Schrau­ benfeder (45) ausgebildet ist.

15. Dämpfungselement nach Anspruch 13 oder 14, da­ durch gekennzeichnet, daß der Federkörper innerhalb des Faltenbalges (4) zwischen den beiden Stirnwänden (1, 2) eingespannt ist.

16. Dämpfungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (4) aus einem elasti­ schen Kunststoff in Form von ungeschäumtem Polyurethan, Polyäthylen oder weichgemachtem Polyamid besteht.

17. Dämpfungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (4) aus einer Poly­ propylen-EFDM-Legierung besteht.

18. Dämpfungselement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Faltenbalg (4) aus einem gummier­ ten Gewebe besteht.