DE10052248C1

DE10052248C1 - System for mounting an oscillatory mass, particularly located in a motor vehicle, comprises a sensor element which is at least partially embedded in an elastomer component of the mounting unit

Info

Publication number: DE10052248C1
Application number: DE2000152248
Authority: DE
Inventors: Gerald Huber; Maik Hofmann; Volker Haertel
Original assignee: Continental AG
Current assignee: Continental AG
Priority date: 2000-10-21
Filing date: 2000-10-21
Publication date: 2001-12-13
Anticipated expiration: 2020-10-22

Abstract

A system for mounting an oscillatory mass (12), particularly located in a motor vehicle, comprises at least one sensor serving for load measurement and control of the characteristics of the mounting unit (14). The sensor comprises a sensor element (4) which is at least partially embedded in an elastomer component (2) of the mounting unit.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zur Lagerung einer schwingungsfähigen Masse, insbesondere zur Lagerung einer schwingungsfähigen Masse in einem Kraftfahrzeug, das folgende Bestandteile enthält:
The invention relates to a system for storing an oscillatable mass, in particular for storing an oscillatable mass in a motor vehicle, which contains the following components:

- A bearing that has at least one elastomer component and with which Mass is mounted to vibrate against a base
- At least one sensor with a sensor element, the output signal of forces acting on the bearing caused by the vibrating Mass caused, is dependent and for control or regulation the bearing is used.

Es ist seit langem bekannt, Massen innerhalb eines Kraftfahrzeuges gegenüber einer Basis mit Hilfe eines Lagers schwingungsfähig zu lagern. So wird beispielsweise der Motor mit Hilfe von Motorlagern gegenüber dem Fahrwerk oder das Getriebe mit Hilfe von Getriebelagern gegenüber dem Fahrwerk schwingungsfähig gelagert. Bei der Lagerung der Massen kommen je nach Anforderung der Kraftfahrzeughersteller passive Lager, schaltbare Lager oder aktive Lager zum Einsatz. Schaltbare Lager zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Steifigkeit in Abhängigkeit von den Anforderungen an das Kraftfahrzeug innerhalb bestimmter Grenzen umschaltbar ist. Soll das Kraftfahrzeug beispielsweise sportlich ausgelegt sein, werden die Lager so eingestellt, dass sie eine hohe Steifigkeit aufweisen. Soll das gleiche Fahrzeug hingegen komfortabel ausgelegt sein, werden die Lager so eingestellt, dass sie eine niedrige Steifigkeit aufweisen. Aktive Lager zeichnen sich dadurch aus, dass mit ihnen (oder einem ihnen zugeordneten Schwingungstilger) eine periodische Kraft erzeugt werden kann, die sich im Idealfall mit der periodischen Kraft der schwingungsfähigen Masse derart überlagert, dass durch diese keine Kräfte in die Basis (d. h. beim Kraftfahrzeug in das Fahrwerk) eingeleitet werden.It has long been known to have masses within a motor vehicle versus one To store the base with the help of a bearing. For example, the Engine with the help of engine mounts opposite the chassis or the gearbox With the help of gearbox bearings, the bearings are mounted so that they can vibrate. At The storage of the masses depends on the requirements of the motor vehicle manufacturers passive bearings, switchable bearings or active bearings. Switchable bearings are characterized by the fact that their stiffness depends on the Requirements for the motor vehicle can be switched within certain limits. If the motor vehicle is designed to be sporty, for example, the bearings are so set to have high rigidity. Should be the same vehicle on the other hand, be designed comfortably, the bearings are set so that they have a have low rigidity. Active bearings are characterized by the fact that with a periodic force for them (or a vibration damper assigned to them) can be generated, which ideally matches the periodic force of the vibrating mass superimposed in such a way that no forces into it Basis (i.e. in the chassis of the motor vehicle).

Sowohl schaltbaren als auch aktiven Lagern ist in vielen Fällen ein Weg- Beschleunigungs- oder Kraftsensor mit einem Sensorelement zugeordnet, der ein Ausgangssignal erzeugt, das von den auf das Lager wirkenden periodischen Kräfte, die durch die schwingungsfähige Masse hervorgerufen werden, abhängig ist. Das Ausgangssignal wird in an sich bekannter Art und Weise zur Steuerung bzw. Regelung des Lagers verwendet.Both switchable and active bearings are in many cases a Acceleration or force sensor associated with a sensor element, the one Output signal generated by the periodic forces acting on the bearing, which are caused by the vibrating mass is dependent. The Output signal is used in a manner known per se for control or Regulation of the warehouse used.

Die Steuerung bzw. Regelung schaltbarer bzw. aktiver Lager mit Hilfe von Sensoren funktioniert zufriedenstellend. Es ist jedoch festzustellen, dass die Sensoren teuer sind und somit den Preis für schaltbare bzw. aktive Lager nach oben treiben, so dass diese aus Kostengründen nicht überall in dem gewünschten Umfang zum Einsatz kommen können. Darüber hinaus sind die Sensoren im Bereich des Lagers, des Lagerträgers oder der schwingungsfähigen Masse ungeschützt angebracht und können somit insbesondere bei Anwendungen im Kraftfahrzeug durch Steinschlag etc. beschädigt werden.The control or regulation of switchable or active bearings with the help of sensors works satisfactorily. However, it should be noted that the sensors are expensive are and thus drive up the price of switchable or active bearings, so that these are not used everywhere to the extent required for cost reasons can come. In addition, the sensors are in the area of the warehouse Bearing bracket or the vibrating mass attached unprotected and can therefore, particularly in applications in motor vehicles, due to stone chips etc. are damaged.

Aus der DE-OS 37 21 866 ist ein Gummilager bekannt, das zwei in axialer Richtung einander gegenüber liegende Befestigungsvorrichtungen enthält. Zwischen einer der Befestigungsvorrichtungen und dem Gehäuse des Gummilagers ist ein elastomerer Federkörper einvulkanisiert. Im Gehäuse des Lagers befindet sich ein Elektro magnet, bestehend aus einer Spule und einem Anker. Der Elektromagnet teilt den Innenraum des Lagers in eine obere und in eine untere Kammer. Die beiden Kammern sind über einen Kanal miteinander verbunden und jeweils mit einer Dämpfungsflüssigkeit gefüllt. Bei Einleitung von Schwingungen in das Lager wird der Anker axial bewegt und verdrängt Dämpfungsflüssigkeit aus der einen Kammer über den Kanal in die andere Kammer. Während der axialen Bewegung des Ankers verändert sich der Querschnitt des Kanals und damit die Dämpfung des Lagers. Darüber hinaus kann der Querschnitt des Kanals über die Ansteuerung des Elektro magneten zusätzlich in gewünschter Art und Weise gesteuert werden. Zur Steuerung des Lages ist in einer der Kammern eine Druckmesssonde angeordnet, die entsprechende Steuersignale an eine Steuerelektronik abgibt. Die Druckmesssonde ist allseitig von dem Gehäuse umgeben und daher gut vor äußeren mechanischen Belastungen geschützt. Es ist jedoch festzustellen, dass das Lager einen komplizierten Aufbau aufweist und darüber hinaus die innerhalb des Gehäuses angeordnete Druckmesssonde nur schwierig mit der Steuerelektronik zu verbinden ist, da die Verbindungsleitungen durch das Gehäuse hindurch geführt werden müssen. From DE-OS 37 21 866 a rubber bearing is known, the two in the axial direction contains opposing fasteners. Between one of the Fasteners and the housing of the rubber bearing is an elastomer Vulcanized spring body. There is an electric in the housing of the bearing magnet, consisting of a coil and an armature. The electromagnet shares that Interior of the camp into an upper and a lower chamber. The two Chambers are connected to each other via a channel and each with one Damping fluid filled. When vibrations are introduced into the bearing, the Armature axially moves and displaces damping fluid from one chamber the channel into the other chamber. During the axial movement of the armature changes the cross section of the channel and thus the damping of the bearing. In addition, the cross section of the channel can be controlled by the control of the electro magnets can also be controlled in the desired manner. For controlling of the layer, a pressure measuring probe is arranged in one of the chambers outputs corresponding control signals to control electronics. The pressure measuring probe is surrounded on all sides by the housing and therefore good against external mechanical Protected loads. However, it should be noted that the camp is one has complicated structure and beyond that within the housing arranged pressure measuring probe only difficult to connect to the control electronics is because the connecting lines are passed through the housing have to.

Aus der JP 5,202,985 ist ein Motorlager mit einer zylindrischen Metallhülse bekannt, die eine weitere zylindrische Metallhülse mit einem kleineren Umfang umfasst. Die beiden zylindrischen Metallhülsen sind über ein Elastomerbauteil miteinander verbunden, in das zwei piezoelektrische Aktuatoren eingebettet sind. Die Aktuatoren sind so ausgerichtet, dass sie Kräfte ausüben können, die in radialer Richtung der äußeren Hülse des Lagers wirken. Es ist der Druckschrift nicht zu entnehmen, wie das Lager mit Hilfe eines Sensors gesteuert wird, und wo ein solcher Sensor angeordnet werden könnte, um ihn vor mechanischen Belastungen zu schützen.From JP 5,202,985 a motor bearing with a cylindrical metal sleeve is known, which includes another cylindrical metal sleeve with a smaller circumference. The two cylindrical metal sleeves are connected to each other via an elastomer component connected, in which two piezoelectric actuators are embedded. The actuators are aligned so that they can exert forces in the radial direction of the outer sleeve of the bearing act. The document does not show how the bearing is controlled with the help of a sensor, and where such a sensor could be arranged to protect it from mechanical loads.

Aus der US 5,826,864 ist ein Aktuator bekannt, der aus mehreren Schichten aufgebaut ist, die jeweils aus einem piezoelektrischen Film bestehen. Eine oder mehrere dieser Schichten können als Sensor verwendet werden. Die einzelnen Schichten liegen ungeschützt zwischen den Anschlussplatten des Aktuators, so dass sie durch äußere mechanische Belastungen, wie z. B. Steinschlag etc., beschädigt werden können.An actuator is known from US Pat. No. 5,826,864, which consists of several layers is constructed, each consisting of a piezoelectric film. One or several of these layers can be used as sensors. The single ones Layers lie unprotected between the connection plates of the actuator, so that it due to external mechanical loads such. B. stone chips etc., damaged can be.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System mit einem Lager für eine schwingungsfähige Masse und einem Sensor zur Erfassung auf das Lager wirkender Kräfte zu schaffen, bei dem Sensor gut vor äußeren mechanischen Belastungen geschützt und einfach zugänglich ist.The invention is based on the object of a system with a bearing for one vibrating mass and a sensor for detecting the bearing To create forces in the sensor well against external mechanical loads protected and easily accessible.

Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Sensorelement des Sensors zumindest teilweise in das Elastomerbauteil des Lagers eingebettet ist.According to the characterizing features of claim 1, the task solved in that the sensor element of the sensor at least partially in the Elastomer component of the bearing is embedded.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass der Sensor auf Grund dessen, dass er zumindest teilweise in das Elastomerbauteil des Lagers eingebettet ist, gut vor äußeren mechanischen Belastungen, die auf das System einwirken, geschützt ist. Dadurch ist das System insbesondere zum Einbau in Kraftfahrzeuge besonders geeignet, da sich die Gefahr, dass der Sensor durch Steinschlag etc. beschädigt wird, deutlich reduziert. The advantage achieved with the invention can be seen in particular in that the Sensor due to the fact that it is at least partially in the elastomer component of the Bearing is embedded, well before external mechanical loads on the System is protected. This makes the system particularly easy to install Particularly suitable in motor vehicles since there is a risk that the sensor may Stone chips etc. is significantly reduced.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 besteht das Sensor element des Sensors aus einem piezoelektrischen Film. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass Sensoren, die als Sensorelement einen piezoelektrischen Film aufweisen, preiswert sind. Vorzugsweise weist der piezoelektrische Film gegenüber dem Elastomerbauteil eine geringe Dicke auf (d. h. vorzugsweise ist jede Ausdehnungsrichtung des Elastomerbauteils mindestens fünfmal so groß wie die Dicke des piezoelektrischen Films). Ferner ist die Dicke des Films vorzugsweise wesentlich kleiner als seine Breite und Höhe, so dass der Film in erster Näherung als flache zweidimensionales Gebilde betrachtet werden kann. Der piezoelektrische Film kann beispielsweise aus keramischem Material bestehen.According to a development of the invention according to claim 2, the sensor element of the sensor from a piezoelectric film. The advantage of this Further training is to be seen in the fact that sensors that act as a sensor element exhibit piezoelectric film, are inexpensive. Preferably, the piezoelectric film has a small thickness compared to the elastomer component (i.e. preferably each direction of expansion of the elastomeric member at least five times the thickness of the piezoelectric film). Further the thickness of the film is preferably substantially less than its width and Height, so that the film in first approximation as a flat two-dimensional structure can be viewed. The piezoelectric film can be made of, for example ceramic material.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist der piezoelektrische Film derart in das Elastomerbauteil eingebettet, dass er allseitig von dem Elastomerbauteil umgeben ist, wobei der piezoelektrische Film gegenüber dem Elastomerbauteil elektrisch isoliert ist, wenn das Elastomerbauteil elektrisch leitfähig ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist insbesondere darin zu sehen, dass durch die vollständige Einbettung des piezoelektrischen Films ein besonders guter Schutz vor äußeren mechanischen Belastungen gewährleistet ist.According to a development of the invention according to claim 3 piezoelectric film embedded in the elastomer component in such a way that it is all-round is surrounded by the elastomer component, the piezoelectric film is electrically insulated from the elastomer component if that Elastomer component is electrically conductive. The advantage of this training is in particular to be seen in the fact that by fully embedding the piezoelectric film a particularly good protection against external mechanical Loads is guaranteed.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist die Oberfläche des piezoelektrischen Films mit einem elektrisch isolierenden Haftvermittler versehen, der die Haftung zwischen dem Film und dem umgebenden Elastomerbauteil verbessert und den piezoelektrischen Film gegenüber dem Elastomerbauteil elektrisch isoliert. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass durch den Haftvermittler eine gute Haftung des piezoelektrischen Films an dem umgebenden Elastomerbauteil und somit eine gute Kraftübertragung von dem Elastomerbauteil auf den Film gewährleistet ist. Darüber hinaus ist eine separate elektrische Isolierung des piezoelektrischen Films nicht notwendig.According to a development of the invention according to claim 4, the surface the piezoelectric film with an electrically insulating adhesion promoter provided the liability between the film and the surrounding Improved elastomer component and the piezoelectric film over the Elastomer component electrically isolated. The advantage of this training is there too see that through the adhesion promoter good adhesion of the piezoelectric Film on the surrounding elastomer component and thus a good one Power transmission from the elastomer component to the film is guaranteed. In addition, separate electrical insulation of the piezoelectric Films not necessary.

Als elektrisch isolierender Haftvermittler kann beispielsweise Chemosil 211 verwendet werden. Chemosil 211 , for example, can be used as the electrically insulating adhesion promoter.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 besteht der piezo elektrische Film jedoch vorzugsweise aus einem polymeren Material, z. B. aus Polyvinylidenfluorid (PVDF). Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass ein piezoelektrischer Film aus einem polymeren Material ähnliche Verformungseigenschaften aufweist, wie das Elastomerbauteil. Der piezoelektrische Film wird also durch eine periodische Kraft, die auf das Elastomerbauteil des Lagers einwirkt, ähnlich verformt wie dieses, so dass es an dem Übergang zwischen dem Elastomerbauteil und dem piezoelektrischen Film nur zu geringen Spannungen kommt.According to a development of the invention according to claim 5, the piezo electrical film, however, preferably made of a polymeric material, e.g. B. from Polyvinylidene fluoride (PVDF). The advantage of this training is to be seen in that a piezoelectric film made of a polymeric material is similar Has deformation properties, such as the elastomer component. The Piezoelectric film is made by a periodic force on the The elastomer component of the bearing acts similarly deformed like this, so that it is attached the transition between the elastomer component and the piezoelectric film only comes to low tensions.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 ist zumindest der Teil des piezoelektrischen Films, der in das Elastomerbauteil eingebettet ist, gewellt. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der piezoelektrische Film Verformungen des Elastomerbauteils besser aufnehmen kann und sich somit seine Ermüdungsbeständigkeit und Lebensdauer erhöht.According to a development of the invention according to claim 6, at least the part of the piezoelectric film embedded in the elastomer component is curled. The advantage of this development is that the piezoelectric Film can better absorb deformations of the elastomer component and itself thus increasing its fatigue resistance and lifespan.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 verläuft die Flächennormale des piezoelektrischen Films (gemeint ist die Flächennormale der Ebene, die durch die Breite und die Tiefe des Films aufgespannt wird; da die Dicke des Films wesentlich kleiner ist als seine Breite und Tiefe, kann der Film in erster Näherung als flaches, zweidimensionales Gebilde betrachtet werden, das nur eine Flächennormale aufweist) weitestgehend parallel zu einer Hauptschwingungsrichtung der schwingungsfähigen Masse. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Sensor ein besonders deutliches und somit besonders gut auswertbares Ausgangssignal erzeugt. Kann die schwingende Masse in mehreren Richtungen mit nahezu gleicher Amplitude schwingen, so kann in das Elastomerbauteil für jede Schwingungsrichtung ein separater piezoelektrischer Film gemäß der Weiterbildung nach Anspruch 7 eingebettet werden.According to a development of the invention according to claim 7, the Area normal of the piezoelectric film (meaning the area normal of the Plane spanned by the width and depth of the film; there the Thickness of the film is much smaller than its width and depth, the film can be in first approximation can be viewed as a flat, two-dimensional structure that has only one surface normal) largely parallel to one Main vibration direction of the vibrating mass. The advantage of this Further training can be seen in the fact that the sensor is particularly clear and thus produces particularly easy to evaluate output signal. Can the vibrating mass in several directions with almost the same amplitude swing, so can in the elastomer component for each direction of vibration separate piezoelectric film according to the development according to claim 7 be embedded.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 verbindet das Elastomerbauteil des Lagers, in den ein piezoelektrischer Film zumindest teilweise eingebettet ist, die schwingungsfähige Masse direkt mit der Basis (d. h. der Kraftfluss geht von der Masse durch das Elastomerbauteil in die Basis). In diesem Fall wird von dem Sensor ein Ausgangssignal erzeugt, dessen Frequenz der Frequenz entspricht, mit der die Masse schwingt. Das Ausgangssignal kann z. B. bei einem aktiven Lager dazu genutzt werden, mit dem Lager (oder einem ihm zugeordneten Schwingungstilger) eine geeignete periodische Gegenkraft aufzubauen, die der durch die schwingende Masse erzeugten periodischen Kraft überlagert wird und so gewählt ist, dass die von der Masse ausgeübte Kraft zumindest reduziert wird. Der Vorteil der Weiterbildung ist also darin zu sehen, dass das Ausgangssignal direkt zur ständigen Steuerung oder Regelung des Lagers verwendet werden kann.According to a development of the invention according to claim 8 connects Elastomer component of the bearing, in which a piezoelectric film at least is partially embedded, the vibratable mass directly with the base (i.e. the flow of force goes from the mass through the elastomer component into the base). In In this case, an output signal, the frequency of which is generated by the sensor corresponds to the frequency with which the mass vibrates. The output signal can e.g. B. can be used in an active warehouse with the warehouse (or a a suitable periodic counterforce build up the periodic force generated by the vibrating mass is superimposed and is chosen so that the force exerted by the mass is at least reduced. The advantage of further training is to be seen in that the output signal is used for constant control or regulation of the Bearing can be used.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 9 wird bei einer bestimmten Schwingungsfrequenz der schwingenden Masse die Amplitude des Ausgangssignals des Sensors bestimmt und mit der ursprünglichen Amplitude verglichen, die ein neuwertiges Lager bei dieser Schwingungsfrequenz aufweist, wobei bestimmte Maßnahmen eingleitet werden, wenn die bestimmte Amplitude über ein vorgegebenes Maß hinaus von der ursprünglichen Amplitude abweicht. Der Vorteil der Weiterbildung wird verständlich, wenn man Folgendes berücksichtigt: Das Elastomerbauteil des Lagers verändert während der Lebensdauer des Lagers seine Steifigkeit, es kann beispielsweise weicher werden. Da die schwingende Masse, die das Lager gegenüber einer Basis lagert, konstant bleibt, verändert sich während der Lebensdauer des Lagers auf Grund der sich ändernden Steifigkeit dessen Eigenfrequenz und Resonanzfrequenz und infolgedessen die Amplitude des Ausgangssignals des Sensors über der Schwingungsfrequenz des Lagers (ω₀ = √c/m; ω₀ = Eigenfrequenz, c = Steifigkeit; m = Masse/ω_Res = √ω₀ ² - 2δ^2; ω_Res = Resonanzfrequenz; δ = Dämpfungskonstante des Lagers). Weicht bei einer bestimmten Frequenz, die beliebig vorgegeben werden kann, die Amplitude des Ausgangssignals des Sensors über ein vorbestimmtes Maß von der ursprünglichen Amplitude des Sensors bei dieser Frequenz ab, so wird auf eine Alterung und eine nicht mehr optimale Funktionstüchtigkeit des Lagers geschlossen. Es wird dann eine Maßnahme eingeleitet, die beispielsweise darin bestehen kann, anzuzeigen, dass das Lager überprüft bzw. ausgetauscht werden muss (bei Anwendung im Kraftfahrzeug erfolgt die Anzeige beispielsweise durch eine Leuchte im Armaturenbrett). Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass mit Hilfe des in das Elastomerbauteil des Lagers eingebetteten Sensors auf die Alterung des Lagers und auf eine Veränderung der Steifigkeit des Lagers infolge der Alterung rückgeschlossen werden kann. Sollte die Steifigkeit des Lagers eine ausreichende Funktionstüchtigkeit des Lagers nicht mehr gewährleisten können, so kann frühzeitig eine Warnung abgegeben werden.According to a development of the invention according to claim 9, the amplitude of the output signal of the sensor is determined at a specific oscillation frequency of the oscillating mass and compared with the original amplitude which a new bearing has at this oscillation frequency, certain measures being initiated when the specific amplitude exceeds a predetermined amount deviates from the original amplitude. The advantage of further training can be understood if the following is taken into account: the elastomer component of the bearing changes its rigidity during the life of the bearing, for example it can become softer. Since the vibrating mass that the bearing supports with respect to a base remains constant, its natural frequency and resonance frequency, and consequently the amplitude of the sensor's output signal, change over the bearing's vibration frequency (ω ₀ =) due to the changing rigidity of the bearing √c / m; ω ₀ = natural frequency, c = rigidity; m = mass / ω _Res = √ω ₀ ² - 2δ ^2; ω _Res = resonance frequency; δ = damping constant of the bearing). If the amplitude of the output signal of the sensor deviates by a predetermined amount from the original amplitude of the sensor at this frequency at a certain frequency, it is concluded that the bearing is aging and is no longer optimal. A measure is then initiated, which can consist, for example, of indicating that the bearing must be checked or replaced (when used in a motor vehicle, for example, it is indicated by a lamp in the dashboard). The advantage of the further development is that the sensor embedded in the elastomer component of the bearing allows conclusions to be drawn about the aging of the bearing and a change in the stiffness of the bearing as a result of the aging. If the rigidity of the bearing can no longer guarantee that the bearing is functioning properly, an early warning can be given.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 ist das Elastomerbauteil des Lagers, in das ein piezoelektrischer Film zumindest teilweise eingebettet ist, ein Anschlagbegrenzer. Der Sensor erzeugt in diesem Fall ein Ausgangssignal, wenn die von der Masse auf das Lager ausgeübte Kraft so groß wird, dass das Lager auf den Anschlagbegrenzer aufsetzt. Bei einem passiven Lager kann bei Vorliegen des Signals z. B. die Steifigkeit erhöht werden. Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass besonders einfach auf eine Alterung und eine mangelhafte Funktionstüchtigkeit des Lagers geschlossen werden kann. Wird nämlich von dem Sensor im Anschlagbegrenzer besonders häufig ein Ausgangssignal erzeugt, ist das ein Zeichen dafür, dass das Lager aufgrund seines Alters nur noch mangelhaft funktionstüchtig ist. Dies kann angezeigt werden, so dass das Lager rechtzeitig ausgetauscht werden kann.According to a development of the invention according to claim 10 Elastomer component of the bearing, in which a piezoelectric film at least is partially embedded, a stop limiter. The sensor generates in this Fall an output signal when the force exerted by the mass on the bearing becomes so large that the bearing touches the limit stop. At a passive bearing can be present in the presence of the signal z. B. the rigidity can be increased. The advantage of further training can be seen in the fact that it is particularly easy to do one Aging and poor functioning of the camp closed can be. Becomes special from the sensor in the stop limiter frequently produces an output signal, this is a sign that the bearing is not functioning properly due to its age. This can are displayed so that the bearing can be replaced in good time.

Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:An embodiment and further advantages of the invention are in Explained in connection with the following figures, shows:

Fig. 1 ein Elastomerbauteil mit einem piezoelektrischen Film in schematischer Darstellung, Fig. 1 is an elastomeric member having a piezoelectric film in a schematic representation;

Fig. 2 ein Elastomerbauteil mit einem piezoelektrischen Film in schematischer Darstellung, Fig. 2 is an elastomeric member having a piezoelectric film in a schematic representation;

Fig. 3 ein Lager, mit dem eine Masse gegenüber einer Basis schwingungsfähig gelagert ist, Fig. 3 is a bearing, with which a mass is supported oscillatably with respect to a base,

Fig. 4 ein Lager, mit dem eine Masse gegenüber einer Basis schwingungsfähig gelagert ist, Fig. 4 is a bearing, with which a mass is supported oscillatably with respect to a base,

Fig. 5 ein Diagramm. Fig. 5 is a diagram.

Fig. 1a zeigt ein Elstomerbauteil 2 (das z. B. aus Gummi bestehen kann). In das Elastomerbauteil ist das Sensorelement des Sensors in Form eines piezoelektrischen Films derart eingebettet, dass dieser allseitig von dem Elastomerbauteil 2 umgeben ist. Der piezoelektrische Film 4 ist flächig ausgebildet und seine Dicke d ist wesentlich kleiner als die Dicke des Elastomerbauteils 2 und als die Tiefe t und die Breite b des Films 4 (s. Fig. 1b). Der piezoelektrische Film 4 weist elektrische Anschlüsse 6a und 6b auf, von denen ausgehend elektrische Leitungen 8a und 8b zu einem Messinstrument 10 führen (siehe auch Fig. 1b). Der piezoelektrische Film 4 ist allseitig mit einem Haftvermittler versehen, der für eine haftende Verbindung zwischen dem Film und dem umgebenden Elastomerbauteil sorgt und ihn inklusive seiner elektrischen Anschlüsse 6a, 6b gegenüber dem Elastomerbauteil 2 elektrisch isoliert. Alternativ zu einem Haftvermittler kann auch ein anderer Isolator vorgesehen werden, wenn die Isolationswirkung des Gummis nicht ausreicht. Fig. 1a shows a Elstomerbauteil (which may consist, for. Example of rubber) of 2. The sensor element of the sensor is embedded in the form of a piezoelectric film in the elastomer component such that it is surrounded on all sides by the elastomer component 2 . The piezoelectric film 4 is flat and its thickness d is substantially smaller than the thickness of the elastomer component 2 and as the depth t and the width b of the film 4 (see FIG. 1b). The piezoelectric film 4 has electrical connections 6 a and 6 b, from which electrical lines 8 a and 8 b lead to a measuring instrument 10 (see also FIG. 1 b). The piezoelectric film 4 is provided on all sides with an adhesion promoter, which ensures an adhesive connection between the film and the surrounding elastomer component and electrically isolates it, including its electrical connections 6 a, 6 b, from the elastomer component 2 . As an alternative to an adhesion promoter, another insulator can also be provided if the insulating effect of the rubber is not sufficient.

Der piezoelektrische Film kann z. B. aus einem keramischen Material bestehen, vorzugsweise besteht er jedoch aus einem polymeren Material.The piezoelectric film can e.g. B. consist of a ceramic material, however, it is preferably made of a polymeric material.

Wird auf das Elastomerbauteil 2 eine periodische Kraft ausgeübt, die in Richtung der in der Fig. 1a eingezeichneten Pfeile wirkt, so wird es in infolge dieser periodischen Kraft abwechselnd zusammengepresst bzw. auseinander gezogen. Während des Zusammenpressens dehnt sich das Elastomerbauteil 2 zur Seite hin aus und während des Auseinanderziehens verschwindet diese seitliche Ausdehnung wieder. Diese seitliche Ausdehnung überträgt sich auf den in dem Elastomerbauteil 2 eingebetteten piezoelektrischen Film 4. Der Film 4 ist in dem Elastomerbauteil 2 so ausgerichtet, dass seine Flächennormale (d. h. die Flächennormale, die senkrecht auf der durch b und t aufgespannten Ebene steht (s. Fig. 1b)) parallel zur periodischen Kraft verläuft, so dass durch beide eine besonders gute Übertragung der Ausdehnung des Elastomerbauteils 2 auf den Film 4 gewährleistet ist. Darüber hinaus wird der Film 4 bevorzugt in der Nähe des Randes des Elastomerbauteils 2 angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass im Randbereich die Verformungen des Elastomerbauteils 2 nur gering sind und der Film 4 somit nicht durch Verformungen des Elastomerbauteils 2, denen er nicht folgen kann, zerstört wird. If a periodic force is exerted on the elastomer component 2 , which acts in the direction of the arrows shown in FIG. 1a, it is alternately compressed or pulled apart as a result of this periodic force. During the pressing together, the elastomer component 2 expands to the side, and during the pulling apart, this lateral expansion disappears again. This lateral expansion is transferred to the piezoelectric film 4 embedded in the elastomer component 2 . The film 4 is oriented in the elastomer component 2 in such a way that its surface normal (ie the surface normal that is perpendicular to the plane spanned by b and t (see FIG. 1b)) runs parallel to the periodic force, so that a special one occurs through both good transmission of the expansion of the elastomer component 2 to the film 4 is ensured. In addition, the film 4 is preferably arranged in the vicinity of the edge of the elastomer component 2 . This has the advantage that the deformations of the elastomer component 2 are only slight in the edge region and the film 4 is therefore not destroyed by deformations of the elastomer component 2 , which it cannot follow.

Die periodische Kraft auf das Elastomerbauteil 2 führt zu einer periodischen Ausdehnung des in das Elastomerbauteil 2 eingebetteten piezoelektrischen Films 4. Durch die periodische Ausdehnung des piezoelektrischen Films 4 wird in diesem eine periodisch Spannung aufgebaut. Diese Spannung wird als Ausgangssignal des piezoelektrischen Films 4 über die elektrischen Leitungen 8a und 8b zu dem Messinstrument 10 geführt und dort ausgewertet.The periodic force on the elastomer component 2 leads to a periodic expansion of the piezoelectric film 4 embedded in the elastomer component 2 . Due to the periodic expansion of the piezoelectric film 4 , a periodic voltage is built up in it. This voltage is fed as an output signal of the piezoelectric film 4 via the electrical lines 8 a and 8 b to the measuring instrument 10 and evaluated there.

Fig. 2 zeigt ein Elastomerbauteil 2, das im Wesentlichen genauso aufgebaut ist wie das in der Fig. 1 gezeigte Bauteil. Der einzige Unterschied ist darin zu sehen, dass der in das Elastomerbauteil 2 eingebettete piezoelektrische Film 4 gewellt ist. Dies hat den Vorteil, dass Verfomungen des Elastomerbauteils infolge einer periodischen Kraft ermüdungsfrei von dem piezoelektrischen Film aufgenommen werden können. FIG. 2 shows an elastomer component 2 , which is constructed essentially the same as the component shown in FIG. 1. The only difference is that the piezoelectric film 4 embedded in the elastomer component 2 is corrugated. This has the advantage that deformations of the elastomer component due to a periodic force can be absorbed by the piezoelectric film without fatigue.

Fig. 3 zeigt in schematischer Darstellung eine Masse 12 (z. B. den Motor eines Kraftfahrzeuges), die mit Hilfe eines Lagers 14 gegenüber einer Basis 16 (z. B. Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges) schwingungsfähig gelagert ist. Das Lager 14 enthält ein Elastomerbauteil 2, das die Masse 12 direkt mit der Basis 16 verbindet (d. h. der Kraftfluss geht von der Masse 12 durch das Elastomerbauteil 2 in die Basis 16). In das Elastomerbauteil 2 ist ein piezoelektrischer Film 4 derart eingebettet ist, wie es bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erläutert wurde. Die Hauptschwingungsrichtung der Masse 12 ist durch einen Pfeil in der Fig. 3 angedeutet. Der piezoelektrische Film 4 ist in das Elastomerbauteil 2 derart eingebettet, dass seine Flächennormale weitestgehend parallel zu der eingezeichneten Hauptschwingungsrichtung verläuft und dass er in etwa mittig in dem Elastomerbauteil 2 liegt. Fig. 3 shows a schematic representation of a mass 12 (e.g., as the engine of a motor vehicle), with the aid of a bearing 14 with respect to a base 16 (e.g., as the chassis of a motor vehicle) is mounted capable of oscillating. The bearing 14 contains an elastomer component 2 which connects the mass 12 directly to the base 16 (ie the force flow goes from the mass 12 through the elastomer component 2 into the base 16 ). A piezoelectric film 4 is embedded in the elastomer component 2 , as has already been explained in connection with FIGS. 1 and 2. The main direction of vibration of the mass 12 is indicated by an arrow in FIG. 3. The piezoelectric film 4 is embedded in the elastomer component 2 in such a way that its surface normal runs largely parallel to the main direction of vibration shown and that it lies approximately in the center of the elastomer component 2 .

Schwingt die Masse 12 in der eingezeichneten Hauptschwingungsrichtung, so wird in das Lager 14 und damit in das Elastomerbauteil 2 eine periodische Kraft eingeleitet, die in dem piezoelektrischen Film 4 eine periodische Spannung hervorruft, die als Ausgangssignal an das Messinstrument 10 weitergeleitet wird. Die Frequenz der Spannung entspricht der Frequenz der eingeleiteten Kraft. Das Ausgangssignal wird in dem Messinstrument 10 ausgewertet und zur Steuerung bzw. Regelung des Lagers 14 verwendet. Handelts es sich bei dem Lager 14 beispielsweise um ein aktives Lager, so kann in Abhängigkeit des Ausgangssignals von dem Lager (oder einem dem Lager zugeordneten Schwingungstilger) eine periodische Gegenkraft aufgebaut werden, die der durch die schwingende Masse 12 erzeugten Kraft überlagert wird und im Idealfall so gewählt wird, dass sie die von der Masse 12 ausgeübte periodische Kraft löscht.If the mass 12 vibrates in the main direction of vibration shown, a periodic force is introduced into the bearing 14 and thus into the elastomer component 2 , which causes a periodic voltage in the piezoelectric film 4 , which is transmitted as an output signal to the measuring instrument 10 . The frequency of the voltage corresponds to the frequency of the force applied. The output signal is evaluated in the measuring instrument 10 and used to control or regulate the bearing 14 . If the bearing 14 is an active bearing, for example, depending on the output signal from the bearing (or a vibration absorber assigned to the bearing), a periodic counterforce can be built up which is superimposed on the force generated by the oscillating mass 12 and ideally is selected so that it erases the periodic force exerted by the mass 12 .

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung eine Masse 12 (z. B. den Motor eines Kraftfahrzeuges), die mit Hilfe eines Lagers 14 gegenüber einer Basis 16 (z. B. dem Fahrwerk eines Kraftfahrzeuges schwingungsfähig gelagert ist). Das Lager 14 enthält Elastomerbauteile 2a und 2b, die die Masse 12 direkt mit der Basis verbinden (d. h. der Kraftfluss geht von der Masse 12 durch die Elastomerbauteile 2a und 2b in die Basis 16). Darüber hinaus enthält das Lager 14 ein weiteres Elastomerbauteil 18, das als Anschlagbegrenzer verwendet wird und zwischen den Elastomerbauteilen 2a und 2b angeordnet ist. In das Elastomerbauteil 18 ist ein piezoelektrischer Film 4 derart eingebettet, wie es bereits im Zusammenhang mit den Fig. 1 und 2 erläutert worden ist. Darüber hinaus kann auch in zumindest eines der Elastomerbauteile 2a und 2b ein piezoelektrischer Film eingebettet sein und die im Zusammenhang mit der Fig. 3 erläuterte Funktion übernehmen. Fig. 4 shows a schematic representation of a mass 12 (e.g., as the engine of a motor vehicle), the 14 with respect to a base 16 (e.g., as the chassis of a motor vehicle is mounted able to oscillate) by means of a bearing. The bearing 14 contains elastomer components 2 a and 2 b which connect the mass 12 directly to the base (ie the flow of force goes from the mass 12 through the elastomer components 2 a and 2 b into the base 16 ). In addition, the bearing 14 contains a further elastomer component 18 , which is used as a stop limiter and is arranged between the elastomer components 2 a and 2 b. A piezoelectric film 4 is embedded in the elastomer component 18 , as has already been explained in connection with FIGS. 1 and 2. In addition, a piezoelectric film can also be embedded in at least one of the elastomer components 2 a and 2 b and take over the function explained in connection with FIG. 3.

Überschreitet die Schwingung der Masse 12 in Richtung des eingezeichneten Teiles eine bestimmte Amplitude, so setzt Anschlag 20 auf dem Elastomerbauteil 18 (d. h. dem Anschlagbegrenzer) auf. Infolgedessen verformt sich das Elastomerbauteil 18 und der in ihm eingebettete piezoelektrische Film 4. In diesen wird auf Grund dessen eine Spannung erzeugt, die als Ausgangssignal an das Messinstrument 10 weitergeleitet wird. Aus dem Empfang des Ausgangs signales schließt das Messinstrument 10, dass die Masse 12 mit einer so großen Amplitude schwingt, dass der Anschlag auf dem Anschlagbegrenzer aufsetzt. Geschieht dies bei normalen äußeren Umständen häufig, so schließt das Messinstrument daraus, dass die Elastomerbauteile 2a und 2b des Lagers 14 aufgrund fortgeschrittenen Alters so weich geworden sind, dass eine ausreichende Funktionstüchtigkeit des Lagers nicht mehr gewährleistet ist. In diesem Fall werden Maßnahmen eingeleitet, die beispielsweise bei einer Verwendung des Lagers im Kraftfahrzeug darin bestehen, dass der Kraftfahrzeugfahrer (z. B. durch eine Lampe im Armaturenbrett) auf die eingeschränkte Funktionstüchtigkeit des Lagers aufmerksam gemacht wird.If the vibration of the mass 12 in the direction of the part shown exceeds a certain amplitude, the stop 20 touches the elastomer component 18 (ie the stop limiter). As a result, the elastomer component 18 and the piezoelectric film 4 embedded in it deforms. Because of this, a voltage is generated in these, which is forwarded as an output signal to the measuring instrument 10 . From the receipt of the output signal, the measuring instrument 10 concludes that the mass 12 vibrates with such a large amplitude that the stop touches the stop limiter. If this happens frequently under normal external circumstances, the measuring instrument concludes that the elastomer components 2 a and 2 b of the bearing 14 have become so soft due to advanced age that sufficient functionality of the bearing can no longer be guaranteed. In this case, measures are initiated which, for example when the bearing is used in the motor vehicle, consist in the motor vehicle driver being made aware of the restricted functionality of the bearing (for example by a lamp in the dashboard).

Fig. 5 zeigt ein Diagramm, in dem die bei der Resonanzfrequenz normierte Amplitude A des Ausgangssignals des Lagers 14 über der Frequenz ω der schwingenden Masse 12 aufgetragen ist. Im Folgenden wird anhand der Fig. 5 erläutert, wie mit Hilfe des in das Lager 14 eingebetteten piezoelektrischen Films eine kritische Ermüdung des Lagers 14 und insbesondere des Elastomerbauteils 2 des Lagers 14 ermittelt werden kann. Der Fig. 5 ist eine erste Kurve 22 zu entnehmen, die die Abhängigkeit der Amplitude des Ausgangssignals von der Schwingungsfrequenz ω für ein ursprüngliches Lager 14 zeigt, in dem das Elastomerbauteil 2 neuwertig ist. Im Laufe der Zeit wird das Elastomerbauteil 2 des Lagers weicher, so dass sich die Eigenfrequenz und die Resonanzfrequenz des Lagers zu niedrigeren Frequenzen verschiebt. Infolgedessen geht die Kurve 22 in die Kurve 24 über, die die Abhängigkeit des Ausgangssignals des Sensors für das gealterte Lager 14 zeigt. Fig. 5 shows a graph in which the normalized amplitude A at the resonance frequency ω of the output signal of the bearing 14 to the frequency of the oscillating mass 12 is plotted. In the following it is explained with reference to FIG. 5 how critical fatigue of the bearing 14 and in particular the elastomer component 2 of the bearing 14 can be determined with the aid of the piezoelectric film embedded in the bearing 14 . FIG. 5 is shown in a first curve 22 which shows the dependence of the amplitude of the output signal of the oscillation frequency ω for an original bearing 14, in which the elastomer component 2 is new. Over time, the elastomer component 2 of the bearing becomes softer, so that the natural frequency and the resonance frequency of the bearing shift to lower frequencies. As a result, curve 22 merges with curve 24 , which shows the dependency of the output signal of the sensor for the aged bearing 14 .

Bei einer bestimmten (beliebig vorgebbaren) Frequenz ω_x wird die Amplitude A (ω_x/24), die das Lager im gegenwärtigen Zustand erzeugt, mit der Amplitude A (ω_x/22), die das Lager im ursprünglichen Zustand erzeugt, verglichen. Weicht die Amplitude A(ω_x/24) über ein vorgegebenes Maß hinaus von der Amplitude A (ω_x/22) ab (es wird also überprüft, ob der Betrag der Differenz A(ω_x/24) - A (ω_x/22) größer ist als ein vorgegebenes Maß, das Maß wird so vorgegeben, dass es von einem gealterten, aber noch voll funktionsrüchtigen Lager eingehalten wird), so wird auf ein hohes Alter des Lagers und eine nicht mehr ausreichende Funktionstüchtigkeit des Lagers geschlossen. In diesem Fall werden entsprechende Maßnahmen eingeleitet. Diese können beispielsweise bei einer Verwendung des Lagers im Kraftfahrzeug darin bestehen, dass der Kraftfahrzeugfahrer (z. B. durch eine Lampe im Armaturenbrett) auf die eingeschränkte Funktionstüchtigkeit des Lagers 14 aufmerksam gemacht wird.At a certain (arbitrarily definable) frequency ω _x , the amplitude A (ω _x / 24) that the bearing produces in the current state is compared with the amplitude A (ω _x / 22) that the bearing produces in the original state. If the amplitude A (ω _x / 24) deviates from the amplitude A (ω _x / 22) by a predetermined amount (it is therefore checked whether the amount of the difference A (ω _x / 24) - A (ω _x / 22) is greater than a specified dimension, the dimension is specified so that it is maintained by an aged but still fully functional bearing), it is concluded that the bearing is old and that the bearing is no longer functioning properly. In this case, appropriate measures are initiated. When using the bearing in the motor vehicle, this can consist, for example, in making the motor vehicle driver aware (eg by a lamp in the dashboard) of the limited functionality of the bearing 14 .

Die Kurve 22 und das vorgegebene Maß werden in der Steuereinheit des Lagers gespeichert, so dass sie für die oben angesprochene Auswertung dort zur Verfügung stehen. The curve 22 and the predetermined dimension are stored in the control unit of the bearing, so that they are available there for the evaluation mentioned above.

Wird das Elastomerbauteil des Lagers mit seinem zunehmenden Alter härter anstatt weicher, so wandert die Kurve 24 ausgehend von der Kurve 22 in der Fig. 5 nach rechts. Die Vorgehensweise, mit der auf eine Alterung des Lagers geschlossen werden kann, unterscheidet sich ansonsten von der oben erläuterten Vorgehensweise nicht. If the elastomer component of the bearing becomes harder instead of softer with increasing age, curve 24 moves to the right, starting from curve 22 in FIG. 5. The procedure for concluding that the bearing is aging does not otherwise differ from the procedure explained above.

Reference list

22nd

Elastomerbauteil
Elastomer component

44

piezoelektrischer Film
piezoelectric film

66

a, a,

66

b elektrische Anschlüsse
b electrical connections

88th

a, a,

88th

b elektrische Leitungen
b electrical cables

1010th

Messinstrument
Measuring instrument

1212th

Masse
Dimensions

1414

Lager
camp

1616

Basis
Base

1818th

Elastomerbauteil
Elastomer component

2020th

Anschlag
attack

2222

, ,

2424th

Kurve
Curve

Claims

1. System for the storage of an oscillatable mass ( 12 ), in particular for the storage of an oscillatable mass ( 12 ) in a motor vehicle, which contains the following components:
a bearing ( 14 ) which has at least one elastomer component ( 2 ) and with which a mass ( 12 ) is mounted such that it can vibrate relative to a base ( 16 )
at least one sensor with a sensor element, the output signal of which is dependent on periodic forces acting on the bearing ( 14 ), which are caused by the vibratable mass ( 12 ), and is used to control or regulate the bearing ( 14 )
characterized in that the sensor element of the sensor is at least partially embedded in the elastomer component ( 2 ) of the bearing ( 14 ).

2. System according to claim 1, characterized in that the sensor element consists of a piezoelectric film.

3. System according to claim 2, characterized in that the piezoelectric film ( 4 ) is embedded in the elastomer component ( 2 ) such that it is surrounded on all sides by the elastomer component ( 2 ), the piezoelectric film ( 4 ) relative to the elastomer component ( 2 ) is electrically insulated if the elastomer component ( 2 ) is electrically conductive.

4. System according to claim 3, characterized in that the surface of the piezoelectric film ( 4 ) is provided with an electrically insulating adhesion promoter, which improves the adhesion between the film ( 4 ) and the surrounding elatom component and the piezoelectric film ( 4 ) against Elastomer component ( 2 ) electrically insulated.

5. System according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the piezoelectric film ( 4 ) consists of a polymeric material, preferably of polyvinylidene fluoride.

6. System according to one of claims 2 to 5, characterized in that at least the part of the piezoelectric film ( 4 ) which is embedded in the elastomer component ( 2 ) is corrugated.

7. System according to any one of claims 2 to 6, characterized in that the surface normal of the piezoelectric film ( 4 ) runs largely parallel to a main direction of vibration of the vibratable mass ( 12 ).

8. System according to one of claims 2 to 7, characterized in that the elastomer component ( 2 ) of the bearing, in which a piezo-elastic film ( 4 ) is at least partially embedded, connects the vibratable mass directly to the base.

9. System according to claim 8, characterized in that at a certain oscillation frequency of the oscillating mass ( 12 ), the amplitude of the output signal of the sensor is determined and compared with the original amplitude, which has a new bearing at this oscillation frequency, certain measures being initiated , if the determined amplitude deviates from the original amplitude by a predetermined amount.

10. System according to one of claims 2 to 7, characterized in that the elastomer component ( 2 ) of the bearing, in which a piezoelectric film ( 4 ) is at least partially embedded, is a stop limiter.