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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung einer Brennkraftmaschine
an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs nach der im Oberbegriff
von Anspruch 1 näher
definierten Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug
mit einer Karosserie und mit einer Brennkraftmaschine.
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Aus
der
DE 34 41 592 C2 ist
ein hydraulisch gedämpftes,
elastisches Lager bekannt, mit welchem eine Brennkraftmaschine innerhalb
einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs gelagert werden kann. Meist werden
bei einer Brennkraftmaschine zwei oder mehr solcher sogenannter
Motorlager auf zwei Seiten derselben eingesetzt, um das Drehmoment
der Brennkraftmaschine abzustützen
und um zu verhindern, dass die von der Brennkraftmaschine ausgehenden
Schwingungen auf die Karosserie des Kraftfahrzeugs übertragen
werden. Bei dem dort beschriebenen Lager ist eine Möglichkeit
geschaffen, zwei unterschiedliche Betriebszustände zu erzeugen, nämlich alternativ
den Betrieb mit oder ohne hydraulische Schwingungsdämpfung,
wobei das Lager in letzterem Fall wie ein reines Gummilager wirkt.
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Die
DE 41 28 761 A1 und
die
DE 41 30 362 A1 beschreiben
jeweils die Variation der Federsteifigkeit eines Elastomerlagers,
wobei zwei in Reihe oder parallel geschaltete Federkörper vorgesehen
sind, um die Dämpfung
des Lagers abhängig
von vorgegebenen Betriebsparametern variieren zu können.
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Ein
weiteres hydraulisch dämpfendes
Motorlager ist in der
DE
38 24 878 C2 beschrieben. Hierbei ist in einem Ausführungsbeispiel
eine Anschlagplatte über
einen Faltenbalg mit dem Gehäuse
verbunden. Dadurch soll bei niedrigen Frequenzen mit großer Amplitude
eine relativ weiche Abstützung
der Anschlagplatte erreicht werden, wohingegen bei hohen Frequenzen
eine hohe Steifigkeit erreicht werden soll.
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Die
DE 43 37 383 C1 beschreibt
ein hydraulisch dämpfendes
Lager, bei welchem eine Absenkung der Steifigkeit auch in höheren Frequenzbereichen
erreicht werden soll. Hierzu ist die Anschlagplatte von einem sich
radial nach außen
erstreckenden, elastischen Gummipolster umrandet.
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Sämtliche
bekannten Lager werden üblicherweise
auf den niedrigen Frequenzbereich bis 100 Hz ausgelegt, um das aus
Brennkraftmaschine und Karosserie bestehende Schwingungssystem zu
dämpfen.
Im höheren
akustischen Frequenzbereich wird die Steifigkeit der Lager möglichst
gering gehalten, um die Einleitung von im Innenraum hörbaren Motorgeräuschen auf
die Karosserie zu vermeiden. Eine Ausnahme bildet hier die
DE 38 24 878 C2 ,
bei der die Steifigkeit sich in Abhängigkeit der Frequenz ändert. Allerdings
kann eine hohe Steifigkeit bei hohen Frequenzen auf Dauer zu erheblichen
Einbußen beim
Fahrkomfort führen.
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Bezüglich der
akustischen Abstimmung von Kraftfahrzeugen, insbesondere von sportlichen
Kraftfahrzeugen, bestehen zunehmend die Anforderungen, in dem akustisch
relevanten Frequenzbereich von 100 Hz bis 1.000 Hz die von der Brennkraftmaschine
erzeugten Geräusche
in den Innenraum zu übertragen,
um dem Fahrer ein unmittelbareres Gefühl seines Kraftfahrzeugs und
eine damit verbundene Rückkopplung
zu übermitteln.
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Hierzu
beschreibt die
DE
102 33 783 A1 eine Steuerung für Lagerelemente zur Lagerung
von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen, bei welcher ein Steuergerät den aktuellen
Fahr stil des Fahrers oder dessen verkehrssituationsbedingtes Handeln erfasst
und abhängig
hiervon ein Muster zur Ansteuerung des Lagerelements auswählt. Hierdurch
wird unter anderem das Innengeräusch
des Kraftfahrzeugs an die Fahrweise angepasst, so dass die von der
Brennkraftmaschine erzeugten Geräusche
und Schwingungen im Innenraum des Kraftfahrzeugs deutlicher wahrzunehmen
sind als dies üblicherweise der
Fall ist. Um die beschriebene Anpassung erreichen zu können, ist
jedoch ein sehr hoher steuerungstechnischer Aufwand erforderlich
und die Steuerung kann in nachvollziehbarer Art und Weise lediglich
bei einer Drehmomentstütze
angewandt werden.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur
Lagerung einer Brennkraftmaschine an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs
zu schaffen, bei welcher eine Übertragung
bestimmter Frequenzen aus dem Klangbild der Brennkraftmaschine auf
die Karosserie in Abhängigkeit vom
Lastzustand der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
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Bei
geringer statischer Last der Brennkraftmaschine ist das elastische
Element also überbrückt, so
dass die erfindungsgemäße Lagervorrichtung
in üblicher
Weise arbeitet. Hierdurch ist in Bereichen mit niedriger Last der
Brennkraftmaschine der Fahrkomfort für die Passagiere sichergestellt.
Durch die erfindungsgemäße Stelleinrichtung
wird eine Abhängigkeit
der Steifigkeit der Lagervorrichtung von der statischen Last der
Brennkraftmaschine erreicht, so dass bei hoher dynamischer Last
das zusätzliche elastische
Element wirksam ist und so die Steifigkeit der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung
beeinflusst. Im Prinzip ist also eine passive lastabhängige Umschaltung
zwischen zwei Kennlinien der Lagervorrichtung gegeben.
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Hierdurch
werden in entsprechenden Frequenzbereichen, die durch die Auswahl
des elastischen Elements eingestellt werden können, Schwingungen der Brennkraftmaschine
stärker
auf die Karosserie des Kraftfahrzeugs übertragen, wodurch sich eine
höhere
Schallabstrahlung in den Innenraum des Kraftfahrzeugs ergibt. Auf
diese Weise erhält
der Fahrer gerade in Zuständen
hoher dynamischer Last der Brennkraftmaschine, also beispielsweise
beim Beschleunigen, eine akustische Rückmeldung von seinem Fahrzeug.
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Eine
mit besonders wenig konstruktivem Aufwand verbundene Möglichkeit
zur Realisierung der Stelleinrichtung kann darin bestehen, dass
die Stelleinrichtung ein die Anschlagplatte in Zuständen geringer
dynamischer Last der Brennkraftmaschine mit dem von der Last der
Brennkraftmaschine beaufschlagten Teil des Gehäuses mechanisch verbindendes Überbrückungselement
aufweist.
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In
jeweiligen alternativen Ausführungsformen
ist es möglich,
dass die Stelleinrichtung mechanisch, hydraulisch, pneumatisch oder
elektrisch durch die Last der Brennkraftmaschine beaufschlagt ist.
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Ein
Kraftfahrzeug mit einer Karosserie und mit einer Brennkraftmaschine,
welche mittels einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung an der
Karosserie gelagert ist, ist in Anspruch 11 angegeben.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele
der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
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Dabei
zeigen:
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1 Ein
Kraftfahrzeug mit einer Karosserie und einer mittels einer erfindungsgemäßen Lagervorrichtung
an der Karosserie gelagerten Brennkraftmaschine;
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2 eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung
in einem Zustand hoher statischen Last;
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3 die
Lagervorrichtung aus 2 in einem Zustand geringer
statischer Last;
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4 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung
in einem Zustand hoher statischer Last;
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5 die
Lagervorrichtung aus 4 in einem Zustand geringer
statischer Last;
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6 eine
dritte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung
in einem Zustand hoher statischer Last;
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7 die
Lagervorrichtung aus 6 in einem Zustand geringer
statischer Last;
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8 eine
vierte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung
in einem Zustand hoher statischer Last;
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9 die
Lagervorrichtung aus 8 in einem Zustand geringer
statischer Last;
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10 eine
fünfte
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lagervorrichtung
in einem Zustand hoher statischer Last; und
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11 die
Lagervorrichtung aus 10 in einem Zustand geringer
statischer Last.
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Ein
in 1 sehr schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug 1 weist
eine Karosserie 2 auf, an welcher eine zum Antrieb des
Kraftfahrzeugs 1 dienende Brennkraftmaschine 3 gelagert
ist. An die Brennkraftmaschine 3 ist im vorliegenden Fall
ein Getriebe 4 angeflanscht. Die Brennkraftmaschine 3 ist
mittels zweier nachfolgend detailliert beschriebener Vorrichtungen
zur Lagerung bzw. Lagervorrichtungen 5 an der Karosserie 2 gelagert.
Selbstverständlich
können zur
Lagerung der Brennkraftmaschine 3 an der Karosserie 2 mehr
als die dargestellten beiden Lagervorrichtungen 5 vorgesehen
sein und es ist außerdem
möglich,
die Brennkraftmaschine 3 mittels weiterer Elemente, beispielsweise
mittels einer sogenannten Drehmomentstütze, an der Karosserie 2 zu lagern.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
der Lagervorrichtung 5, welche ein Gehäuse 6 aufweist, das
auf seiner Unterseite mit der Karosserie 2 und auf seiner
Oberseite mit der Brennkraftmaschine 3 verbunden ist. Das
Gehäuse 6 ist
mit einem dämpfenden
Material, vorzugsweise einem hydraulisch wirksamen Öl oder einer
anderen geeigneten Flüssigkeit,
gefüllt
und mittels einer Kanalplatte 7 in zwei Flüssigkeitsräume, nämlich einen
ersten Flüssigkeitsraum 8 und
einen zweiten Flüssigkeitsraum 9 unterteilt,
welche über
einen Kanal bzw. eine Öffnung 10 in
der Kanalplatte 7 miteinander verbunden sind. Durch die Öffnung bzw.
den Kanal 10 ist somit ein Flüssigkeitsaustausch zwischen
den beiden Flüssigkeitsräumen 8 und 9 möglich. Da
die prinzipielle Funktionsweise der Kanalplatte 7 aus dem
allgemeinen Stand der Technik bekannt ist, wird hierin nicht näher darauf
eingegangen.
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In
dem ersten Flüssigkeitsraum 8,
der sich auf der der Brennkraftmaschine 3 zugewandten Seite des
Gehäuses 6 befindet,
ist eine Anschlagplatte 11 angeordnet, welche über ein
elastisches Element 12 mit einem Teil 13 des Gehäuses 6 verbunden ist,
welches von der Last der Brennkraftmaschine 3 beaufschlagt
wird. Das von der Last der Brennkraftmaschine 3 beaufschlagbare
Teil 13 ist über
eine an sich bekannte Tragfeder 14 gegenüber dem
Gehäuse 6 elastisch
gelagert und kann sich somit in der mit "z" bezeichneten
Richtung bewegen. Bei der in den 2 und 3 dargestellten
Lagervorrichtung 5 handelt es sich um das jenige Lager,
welches beim Betrieb der Brennkraftmaschine 3 im Lastbetrieb
herausgezogen wird, bei dem sich also das Teil 13 von der
Anschlagplatte 11 in z-Richtung
entfernt.
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Durch
das im vorliegenden Fall als Federelement ausgebildete elastische
Element 12 wird die Steifigkeit der Lagervorrichtung 5 so
verändert,
dass sich in einem bestimmten, akustisch relevanten Frequenzbereich,
im vorliegenden Fall in einem Bereich von ca. 200 Hz bis ca. 400
Hz, die Steifigkeit der Lagervorrichtung 5 erhöht. Es findet
also eine Verschiebung der Resonanzeffekte innerhalb der Steifigkeitskennlinie
der Lagervorrichtung 5 statt. Durch Veränderung der Federkonstante
des elastischen Elements 12, konkret also durch den Einsatz
unterschiedlich harter Federelemente, kann eine bestimmte Resonanzfrequenz
der Lagervorrichtung 5 eingestellt werden.
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Im
folgenden wird nun beschrieben, wie zusätzlich zu der ohnehin vorhandenen
Veränderung der
Steifigkeit in Abhängigkeit
von der an dem Teil 13 anstehenden Frequenz diese Steifigkeit
in Abhängigkeit
von der statischen Last der Brennkraftmaschine 3 zu- bzw.
abgeschaltet werden kann. Hierzu dient eine Stelleinrichtung 15,
die in der Lage ist, das elastische Element 12 in Zuständen geringer
statischer Last der Brennkraftmaschine 3 zu überbrücken. Die Stelleinrichtung 15 weist
ein Überbrückungselement 16 auf,
welches als sich um das elastische Element 12 erstreckender
Topf (Anschlag) ausgebildet und an der Anschlagplatte 11 angebracht
ist. Des weiteren ist bei der dargestellten Ausführungsform ein zweites Federelement 17 vorgesehen,
mit dem die Anschlagplatte 11 an der Kanalplatte 7 federnd
verbunden ist.
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In
dem Zustand hoher statischer Last der Brennkraftmaschine 3 gemäß 2 wird
also das Teil 13 von der Brennkraftmaschine 3 herausgezogen,
so dass das Überbrückungselement 16 nicht
an dem Teil 13 anliegt und das elastische Element 12 wirksam
ist. In diesem Zustand wird die Anschlagplatte 11 durch
das zweite elastische Element 17 festgehalten bzw. von
dem Teil 13 weg gezogen und somit in ihrem Weg begrenzt,
so dass sich für
die Lagervorrichtung 5 im interessierenden Frequenzbereich
ein Anstieg der Steifigkeit in der Kennlinie ergibt.
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Im
Gegensatz dazu wird in dem in 3 dargestellten
normalen Betriebszustand, bei dem die Brennkraftmaschine 3 das
Teil 13 nicht herauszieht und somit mit einer höheren statischen
Vorlast auf dem Gehäuse 6 aufliegt,
das elastische Element 12 durch das an dem Teil 13 anliegende Überbrückungselement 16 überbrückt. Dadurch
besteht eine starre Verbindung zwischen dem Teil 13 und
der Anschlagplatte 11, was dazu führt, dass das elastische Element 12 keinen
Einfluss auf die Kennlinie der Lagervorrichtung 5 hat.
Des Weiteren wird in diesem Zustand das zweite elastische Element 17 lose
und ist somit ebenfalls unwirksam.
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In
den 4 und 5 ist eine sehr ähnliche Lagervorrichtung 5 dargestellt,
welche jedoch an derjenigen Stelle zwischen der Karosserie 2 und
der Brennkraftmaschine 3 positioniert wird, die im Lastbetrieb
von der Brennkraftmaschine 3 eingedrückt wird. In dem Zustand gemäß 4 liegt
eine hohe statische Vorlast an der Lagervorrichtung 5 bzw.
dem Teil 13 des Gehäuses 6 an.
Das Überbrückungselement 16 zwischen
der Anschlagplatte 11 und dem Teil 13 ist hierbei
zweiteilig ausgeführt
und weist einen ersten, mit der Anschlagplatte 11 verbundenen Abschnitt 16a und
einen zweiten, mit dem Teil 13 verbundenen Abschnitt 16b auf.
Die beiden Abschnitte 16a und 16b sind ineinander
angeordnet, wobei der innere Abschnitt 16a einen nach außen gerichteten Vorsprung 18 und
der außen
angeordnete Abschnitt 16b einen nach innen gerichteten
Vor sprung 19 aufweist. Im dargestellten Zustand der dynamischen
Belastung der Lagervorrichtung 5 durch die Brennkraftmaschine 3 ist
das Teil 13 eingedrückt
und die Vorsprünge 18 und 19 der
beiden Abschnitte 16a und 16b haben keinen Kontakt
miteinander. Dadurch wird das elastische Element 12 nicht
beeinflusst und ist somit wirksam und kann die Steifigkeit der gesamten Lagervorrichtung 5 in
gewünschter
Weise beeinflussen. Das zweite elastische Element 17 ist
in diesem Fall außer
Eingriff mit der Kanalplatte 7.
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Demgegenüber befindet
sich die Lagervorrichtung 5 gemäß 5 in einem
Zustand geringerer statischer Last, so dass die Vorsprünge 18 und 19 aneinander
anliegen und die Anschlagplatte 11 über das Überbrückungselement 16 starr
mit dem Teil 13 des Gehäuses 6 verbunden
ist. Dadurch ist das elastische Element 12 überbrückt und
somit nicht wirksam. Das zweite elastische Element 17 liegt
an der Kanalplatte 7 an und hält damit die Anschlagplatte 11 gegenüber der
Kanalplatte 7.
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Die
Ausführungsformen
gemäß der 2 und 3 sowie
der 4 und 5 zeigen also die mechanische
Beaufschlagung der Stelleinrichtung 15 durch die Last der
Brennkraftmaschine 3.
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Die 6 und 7 zeigen
eine alternative Ausführungsform
der Lagervorrichtung 5, bei welcher die Stelleinrichtung 15 pneumatisch
durch die Last der Brennkraftmaschine 3 beaufschlagt ist.
Hierbei ist wiederum das Überbrückungselement 16 vorgesehen,
welches dazu dient, in Zuständen
geringer dynamischer Last der Brennkraftmaschine 3 die
Anschlagplatte 11 mit dem Teil 13 des Gehäuses 6 starr zu
verbinden und somit das elastische Element 12 zu überbrücken. Das
elastische Element 12 ist von einem gasdichten Element 20 umgeben,
welches über eine
Druckleitung 21 mit einer Druckerzeugungseinrichtung 22 verbunden
ist. Bei der Druckerzeugungseinrichtung 22 handelt es sich
im vorliegenden Fall um eine Unterdruckpumpe, die in dem von dem
gasdichten Element 20 umschlossenen Raum, in dem das elastische
Element 12 angeordnet ist, einen Unterdruck erzeugen kann.
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In
der in 6 dargestellten Position der Lagervorrichtung 5 befindet
sich die Brennkraftmaschine 3 in ihrem Lastzustand und
es wird von der Druckerzeugungseinrichtung 22 kein Unterdruck
erzeugt. Dadurch befindet sich das Überbrückungselement 16 in
derselben Position wie in den 2 und 4,
in der es von dem Teil 13 beabstandet ist, so dass keine Überbrückung des
elastischen Elements 12 stattfindet und dieses wirksam
ist.
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Dagegen
wird im Normalbetrieb, also in demjenigen Betrieb, in dem an der
Lagervorrichtung 5 eine geringe statische Vorlast anliegt,
der von dem gasdichten Element 20 umschlossene Raum mit
Unterdruck beaufschlagt, so dass das Überbrückungselement 16 an
das Teil 13 angesaugt wird und eine starre Verbindung zwischen
dem Gehäuse 6 und
der Anschlagplatte 11 vorliegt.
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Die
Druckerzeugungseinrichtung 22 könnte auch so ausgebildet sein,
dass sie einen Druck in dem von dem gasdichten Element 20 umschlossenen
Raum erzeugt. Dann würde
die beispielsweise als Kompressor ausgeführte Druckerzeugungseinrichtung 22 jedoch
in denjenigen Zuständen
betrieben, in denen die Brennkraftmaschine 3 eine Last
auf die Lagervorrichtung 5 erzeugt, um stets in den Zuständen hoher
die Brennkraftmaschine 3 keine statische Last an der Last
die Wirksamkeit des elastischen Elements 12 zu gewährleisten
und dasselbe in Zuständen
geringer die Brennkraftmaschine 3 keine statische Last
an der Last der Brennkraftmaschine 3 zu überbrücken. Die
Druckerzeugungseinrichtung 22 kann von einer nicht dargestellten
Motorsteuerung angesteuert werden, um in Abhängigkeit von der die Brennkraftmaschine 3 keine
statische Last an der Last der Brennkraftmaschine 3 das Überbrückungselement 16 zu
steuern. Die Höhe
der statischen Last kann von der Motorsteuerung in bekannter Weise
ermittelt werden.
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Eine
Ausführungsform,
bei welcher die Stelleinrichtung 15 elektrisch durch die
Last der Brennkraftmaschine 3 beaufschlagt wird, ist in
den 8 und 9 dargestellt. Hierbei weist
die Stelleinrichtung 15 eine mit einer elektrischen Spannung
beaufschlagbare Spule 23 auf, welche in der Lage ist, die Position
der Anschlagplatte 11 zu fixieren. In dem in 8 dargestellten
Zustand ist die Spule 23 nicht beaufschlagt, so dass das
elastische Element 12, welches in diesem Fall außerhalb
der Spule 23 angeordnet ist, die Steifigkeit der Lagervorrichtung 5 beeinflusst.
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Im
Gegensatz dazu wird, wie in 9 dargestellt,
in Zuständen
geringer statischer Last die Spule 23 mit einer Spannung
beaufschlagt und fixiert die Anschlagplatte 11, so dass
eine starre Verbindung zwischen dem Teil 13 des Gehäuses 6 und
der Anschlagplatte 11 gegeben ist.
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Eine
weitere Ausführungsform,
bei der die Stelleinrichtung 15 elektrisch durch die Last
der Brennkraftmaschine 3 beaufschlagt ist, zeigen die 10 und 11.
Hierbei weist die Stelleinrichtung 15 einen Elektromotor 24 auf,
der in ähnlicher
Weise wie die Spule 23 in der Lage ist, die Position der
Anschlagplatte 11 zu fixieren. Hierzu treibt der Elektromotor 24 eine
Stange 25 an, welche durch die Anschlagplatte 11 verläuft und
auf der gegenüberliegenden
Seite einen Mitnehmer 26 aufweist, mit dem sie in der Lage
ist, die Anschlagplatte 11 in z-Richtung zu verstellen.
In der Position gemäß 10 ist
die Stange 25 außer
Eingriff mit der Anschlagplatte 11, so dass wiederum, wie
bei den 2, 4, 6 und 8 das
elastische Element 12 wirksam ist.
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Dagegen
wurde im Zustand der Lagervorrichtung 5 gemäß 11 der
Elektromotor 24 betätigt,
wodurch die Stange 25 die Anschlagplatte 11 bewegt
und starr mit dem Teil 13 des Gehäuses 6 verbunden hat,
wie dies auch in den 3, 5, 7 und 9 der
Fall ist.