DE10137760C2 - Luftlager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Luftlager, das speziell für eine Verwendung im Kraftfahrzeugbau konzipiert ist, nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs 1.

Ein "Luftlager" im hier verstandenen Sinne ist ein federndes, dämpfendes und isolierendes Lager, dessen tragenden, federnden, gegenfedernden und gegebenenfalls auch dämpfenden Lagerelemente ausschließlich mit Luft oder gegebenenfalls einem entsprechenden anderen Gas gefüllte Kammern mit elastisch verformbaren Wänden sind.

Diese elastisch verformbaren Wände bestehen aus Gummi oder anderen Elastomeren. Sie können verstärkt oder unverstärkt sein. Sie können zudem entweder ausschließlich aus einer integrierten federnden Wand bestehen oder entweder an starre Bauteile, in der Regel Platten oder Scheiben, angrenzen oder mit diesen so verbunden sein, dass sie im Verbund mit den starren Werkstoffen Kammern bilden, die zumindest abschnittsweise elastisch verformbare Wände aufweisen. Dabei können solche Kammern als tragende oder pumpende Arbeitskammern, als dämpfende Dämpferkammern oder als Ausgleichskammern ausgebildet sein, die einer Volumenänderung keinen elastischen Widerstand entgegensetzen, der in der Federkennlinie des Gesamtlagers nachweisbar oder erkennbar ist.

Ausschlaggebend für den Bau komfortabler Kraftfahrzeuge ist das Abfedern, Isolieren und Bedämpfen der Fahrgastzelle gegenüber anderen geräuschaufnehmenden oder geräuschproduzierenden Baugruppen des Kraftfahrzeugs wie beispielsweise den Rädern mit dem Fahrwerk oder dem Motor und dem Getriebe, einem Aggregat oder dem Antriebsstrang. Dabei hat seit Anbeginn des Automobilbaus das Abfedern der einzelnen Baugruppen des Kraftfahrzeugs gegeneinander kaum ernstliche Probleme bereitet. Nach wie vor ungebrochen problematisch bleiben dagegen eine unter allen Fahrbedingungen komfortable Bedämpfung der Federn ebenso wie eine effektive Isolation akustischer und nicht-akustischer Störschwingungen in den federnden Lagern.

In diesem Bereich ist in der jüngeren Geschichte des Kraftfahrzeugbaus ein umfangreicher Aufwand betrieben worden, der beispielsweise in Form der elektronisch, elektrisch, mechanisch oder pneumatisch angesteuerten hydraulisch gedämpften Gummifederlagern, den sogenannten Hydrolagern, seinen vorläufigen Abschluss mit durchaus zufriedenstellenden Ergebnissen in Hinsicht auf den erzielten Komfort gefunden hat. Diese erst in jüngeren Jahren erzielten technischen Leistungen der Komfortlager sind inzwischen jedoch von Anforderungen, die an das Kraftfahrzeug gestellt werden und nicht einmal kraftfahrzeugtechnischer Natur sind, überholt worden, nämlich in Form der an das Kraftfahrzeug gestellten Anforderungen der Umweltverträglichkeit und der Berücksichtigung volkswirtschaftlicher Belange.

Im Hinblick auf den Schutz der Umwelt weisen auch die komfortabelsten Hydrolager den großen Nachteil auf, zum einen nicht sinnvoll recycelbar zu sein, zum anderen wegen ihr er prinzipiell erforderlichen kompakten Bauweise eine recht hohe Masse aufzuweisen. Die hohe Masse dieser Komfortlager und die Tatsache, dass jedes Kraftfahrzeug in der Regel drei bis sechs solcher lager aufweist, führt zu einer durchaus signifikanten Erhöhung der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs, was wiederum einen höheren Treibstoffbedarf und damit eine Umweltbelastung zur Folge hat.

In volkswirtschaftlicher Hinsicht sind und bleiben die Komfortlager technisch anspruchsvolle und aufwendige Bauteile, die dem volkswirtschaftlichen Ziel der Bereitstellung preiswerter Kraftfahrzeuge für den Aufbau einer dicht vernetzten Infrastruktur entgegenstehen.

Ferner ist im Stand der Technik eine elastische Motorlagerung mit einem gattungsgemäßem Luftlager aus der DE 28 21 493 A1 bekannt, bei der zwischen Motor und Fahrzeugrahmen Elemente angeordnet sind, die eine ringförmige, gummielastische Trennwand aufweisen, und Kammern mit einer Fluidfüllung vorgesehen sind, wobei ein am Motor befestigtes Lagerteil mit einem am Rahmen befestigten Lagerteil durch die gummielastische Trennwand verbun­ den ist, und zwar über mehrere, getrennt voneinander angeordnete Federelemente. Dabei kann jedes Federelement über einen im Lagerteil angeordneten Verbindungskanal mit einer An­ schlußleitung verbindbar sein und aus gummielastischen, kreisringförmigen Schläuchen aus­ gebildet sein. Dieser Aufbau ist recht kompliziert und gestattet nur beschränkte Einstellungen der Lager- und/oder Dämpfungseigenschaften.

Die DE-AS 12 72 049 offenbart ein in der Höhe einstellbares elastisches Lager, bestehend aus zwei übereinander angeordneten Gummikörpern und drei diese Gummikörper zwischen sich aufnehmenden geeignet geformten Platten, von denen zwei benachbart im Abstand zueinan­ der durch eine Schraube verstellbar sind und wobei der dazwischen eingeschlossene Gummi­ körper stärker als durch die statische Last vorgespannt ist, wobei beide Gummikörper für eine Druck-Schub-Beanspruchung in Querschnitt gesehen zwei schräg zur Lastrichtung angeord­ nete Schenkel aufweisen und mit den breiten Enden in an sich bekannter Weise an der mittle­ ren Platte anliegen, wobei diese Enden in radialer Richtung an als Widerlager dienenden, an der mittleren Platte einstückig angeordneten Ringen abgestützt sind.

Auch die GB 2 181 512 A offenbart eine Anti-Vibrationsaufhängung, umfassend eine An­ bringungsplatte, die von aufblasbaren Ringen gestützt wird, die zwischen einem Innengehäu­ se, das an der Platte angebracht ist, und einem äußeren Gehäuse, das an der Grundplatte der Aufhängung angebracht ist, positioniert sind.

Die US 3,424,449 offenbart ein hyropneumatisches Federsystem für ein Kraftfahrzeug mit zwei Kammern, nämlich einer Arbeitsluftkammer und einer Reserveluftkammer, die über eine Düse miteinander verbunden sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Luftlager derart weiter­ zuentwickeln, daß die Nachteile des Stands der Technik überwunden werden. Insbesondere soll die Luftfeder auch bei hohen Beanspruchungen eine große Stabilität aufweisen und bei schwierigen Einsatzgebieten sehr genau sowie ohne großen Aufwand, auch einsatzvariabel, abstimmbar sein.

Diese Aufgabe wird durch ein Luflager gelöst, das sämtliche Merkmale des im Hauptanspruch 1 bezeichneten Lagers aufweist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 6 und im Rahmen der Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung näher beschrieben.

In der Figur ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das im folgenden unter Hinweis auf weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten der Erfindung näher erläutert und be­ schrieben ist. Dabei zeigt die Figur ein Luftlager mit zentraler Lastanbindung gemäß der Er­ findung im Axialschnitt.

Ein Trägerblech ist gemäß der Figur als Lastanschlussstück 1''' frei schwingfähig, zwischen Umfassungsblechen 4''', 5''' angeordnet. Eine Last, beispielsweise ein Kraftfahrzeugaggregat, ist am Trägerblech über eine Gewindebohrung 16 anschließbar.

Die Umfassungsbleche 4''', 5''' sind durch Verformen unmittelbar aus und an einem Karosserieträgerblech 2''' ausgebildet.

Pneumatische Kammern des dargestellten Luftlagers weisen Elastomerprofile 11''', 14''' mit flanschartig umlaufenden Außenränder 32 auf. Über diese Wulstränder sind die axial vollflä­ chig offenen Elastomerprofilkörper 11''', 14''' auf Innenflächen 4a, 5a der Umfassungbleche 4''', 5''' und gegebenenfalls, wie in der Figur ebenfalls dargestellt, auch auf den Oberflächen 1a und 1b des Trägerblechs 1''' befestigt. Eine solche Befestigung kann durch Einschnappen in vorgefertigte Komplementärprofile, durch Verkleben, durch Anvulkanisieren oder in anderer Weise mit und ohne zusätzliche Verkrallung durch Laschen erfolgen. Entscheidend ist, daß die so gebildeten pneumatischen Kammern, beispielsweise also die zu beiden Seiten des Trä­ gerblechs 1''' gezeigten pneumatischen Kammern 35, 36, pneumatisch dicht und druckfest verschlossen sind.

Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Umfassungsbleche 4''', 5''' so starr (6''') miteinander verbunden und so steif konfiguriert, daß sie bei bestimmungsgemäßem Einsatz durch das Schwingen des Trägerblechs 1''' nicht selbst zum Mitschwingen angeregt werden können.

Weiterhin sind bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel die Luftfederkammern 11''' und die Dämperkammern 14''' nach Art von Luftkissen, also kalottenartig, gestaltet. Bei Rotation des dargestellten Systems um eine Achse, die, unter Bezug auf die Figur, rechts oder links der Darstellung in der Zeichnungsebene liegt, werden ringförmige rotationssymmetri­ sche Lager erhalten, wie sie für höhere Beanspruchungen eine bessere Stabilität aufweisen. Die Luftfedern und der Luftdämpfer des Systems können also gleichsam um eine Zentralkon­ sole herum nach außen offen oder um eine Zentralöffnung herum nach radial innen offen aus­ gebildet sein.

Bei dem hier in der Figur schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel sind die beiden zwischen dem Umfassungsblech 4''' und der Oberfläche 1a des Trägerblechs 1''' ausgebildeten pneumatischen Kammern als Luftfedern 14''' konfiguriert, die über einen Druckluftanschluss 8 und über eine Druckluftquelle, die nicht dargestellt ist, mit Druckluft in einem Druckbereich von 0,5 bis 2 bar beaufschlagt werden.

Während die pneumatische Kammer 35 mit einem relativ großen pneumatischen Überdruck und federnd steifen Wänden 11''' ausgebildet ist, dient die pneumatische Kammer 36 als Dämpferkammer. Beide pneumatischen Kammern sind durch eine Drosselöffnung 37 im Trägerblech 1''' miteinander verbunden.

Die zu beiden Seiten des Trägerblechs 1''' angeordneten Elastomerprofile 11'''-11''' und 14'''-14''' bilden jeweils ein zusammen­ hängendes, pneumatisch federndes System, das mit beiden konvexen Außenflächen fest verbunden und jeweils durch pneumatische Kanäle miteinander verbunden ist.

Diese Systeme sind bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel zum einen durch ei­ nen einfachen Überströmkanal 33 bzw. ein voreinstellbares Stellventil 34 abgestimmt ver­ bunden. Diese beiden Teilsysteme stehen über eine Drosselöffnung 37 zwischen der Feder­ kammer und der Dämpferkammer miteinander in Verbindung. über ein Regelventil 31, das die auf der Innenfläche 5a des Umfassungsbleches 5''' gebildete Dämpferkammer mit der Umgebungsatmosphäre regelbar verbindet, ist das Dämpfungsverhalten des Lagers regelbar, und zwar auch den jeweiligen Betriebsbedigungen entsprechend dynamisch regelbar. Das gedämpfte schwingfähige Gesamtverhalten des in der Figur gezeigten Lagers ist sowohl durch den zugeführten und vorspannend beaufschlagenden Luftdruck als auch über die Quer­ schnitte und das Verlustverhalten der Kammerverbindungen bis hin über die regelbare Ein­ stellung am Regelventil 31 auch für die schwierigsten Einsatzgebiete sehr genau und ohne großen Aufwand, auch einsatzvariabel, abstimmbar.

In der der Vollständigkeit halber in der Figur schließlich angedeuteten Weise kann das hier schwingfähige Trägerblech 1''' durch ein gummiertes Anschlagsystem 38 gegen ein axiales ebenso wie gegen ein radiales Überschwingen bei übergroßen Amplituden geschützt werden.

Das lastabhängig regelbare Luftlager, insbesondere für den Kraftfahrzeugbau, besteht also im Prinzip aus einem zentralen Widerlager, das von einem starren Koppelbolzen axial frei beweglich durchsetzt ist, an dem wiederum auflagerseitig ein Auflageranschlussstück und auf der gegenüberliegenden Seite eine Gegenplatte, jeweils starr, angeschlossen sind. Zwischen dem Auflageranschlussstück und dem Widerlager ist ein variabel mit Druckluft beaufschlagbarer Luftfederschlauchring angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Seite des Widerlagers ist zwischen dem Widerlagerblech und der Gegenplatte ein Dämpferschlauchring eingefügt. Beide Schlauchringsysteme sind über eine oder mehrere Drosseldüsen unmittelbar miteinander verbunden. Der Dämpferschlauch weist eine Düse oder ein Regelventil auf, die oder das den Dämpferschlauchring zur umgebenden Atmosphäre hin öffnet oder, im Falle des Ventils, im Sinne eines Grenzregelwerts auch schließen kann. Gleiche Ergebnisse sind auch mit einem Lager erhältlich, das gleichsam eine kinematische Umkehr dieses Grundaufbaus in der Weise verwirklicht, dass das axial zentrale Trägerblech als Lastanschluss und zwischen den Umfassungsblechen frei schwingfähig konfiguriert ist.

Claims (6)

1. Luftlager, insbesondere für den Kraftfahrzeugbau, mit

• a) einem axial zentralen, Trägerblech, das entweder als Widerlager an eine Trag­ konsole angeschlossen oder unmittelbar an oder in dieser durch zweckentspre­ chende Verformung ausgebildet ist, oder das als Lastanschlussstück (1''') frei schwingfähig im Lager angeordnet ist; mit
• b) Umfassungsblechen, die entweder als Auflager zu einer Seite des Widerlagers mit einer diesem Widerlager auf der gegenüberliegenden Seite gegenüberliegen­ den Gegenplatte ausgebildet sind, oder die, bei schwingfähiger Lagerung des Trä­ gerbleches als Lastanschlussstück (1'''), als umfassende Widerlager (4''', 5''') an die Tragkonsole (2''') angeschlossen oder unmittelbar an oder in dieser durch zweck­ entsprechende Verformung ausgebildet sind;
• c) Mitteln (6'''), die die Umfassungsbleche (4''', 5''') axial starr miteinander ver­ binden;
• d) mindestens einem elastischen Luftfederring (11''') zwischen dem Trägerblech (1''') und den Umfassungsblechen (4''', 5''');
• e) einem Luftversorgungsanschluss (8) für den Luftfederring (11''');
• f) mindestens einem elastischen Dämpferring (14''') zwischen dem Trägerblech (1''') und mindestens einem der Umfassungsbleche (4''', 5'''); und
• g) mindestens einer dämpfenden Düse (37) zwischen dem Luftfederring (11''') und dem Dämpferring (14'''),

gekennzeichnet durch, dass der Luftfederring (11''') auf einer Seite und der Dämpferring (14''') auf der anderen Seite des Trägerblech (1''') angeordnet ist, und der Luftfederring (11''') und der Dämpfer­ ring (14''') jeweils aus zwei zu einer axialen Seite hin vollflächig offen und zur anderen Seite konvexförmige Elastomerprofilkörper (11''', 14''') gebildet sind, die auf beiden Seiten des Trägerblechs (1''') jeweils ein zusammenhängendes, pneumatisch federndes System bilden, wobei die Elastomerprofilformkörper (11'''-11''', 14'''-14''') jedes Systems mit den jeweiligen beiden konvexen Außenflächen fest verbunden sowie durch eine pneuma­ tische Verbindung (33, 34) durchsetzt sind und entlang der Ränder (32) einer offenen Seite auf einer der Trägerblechoberflächen (1a, 1b) und entlang der Ränder (32) der anderen offenen Seite auf einer der jeweils axial innenliegenden Oberflächen (4a, 5a) der Um­ fassungsbleche (4, 5) pneumatisch dicht sowie druckfest fixiert sind, und der Dämpfungs­ ring (14''') mit dem Luftfederring (11''') pneumatisch kommuniziert.

2. Luftlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elastomerprofilformkörper (11''', 14''') ringrinnenförmig oder kalottenförmige ausge­ bildet sind.

3. Luftlager nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine pneumatische Verbindung in Form eines Überströmkanals (33), eines Drosselkanals (37), eines Regelventils (31) und/oder eines Stellventils (34).

4. Luftlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine pneumatische Verbindung zweier auf den beiden Oberflächen (1a, 1b) des Träger­ blechs (1''') einander gegenüber liegender pneumatischer Kammern (35, 36) unmittelbar über eine Öffnung (37) im Trägerblech (1''').

5. Luftlager nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch den Anschluß einer stellbaren oder regelbaren Luftversorgungsanlage am Luftversor­ gungsanschluss (8).

6. Verwendung eines Luftlagers nach einem der vorangehenden Ansprüche als Motor- oder Aggregatlager im Kraftfahrzeugbau.