DE102005028337B4 - Hydrolager mit elektrisch schaltbarem Bypass - Google Patents

Abstract

Hydrolager (2) mit elektrisch schaltbarem Bypass (18) – insbesondere zur Verwendung als Motorlager in einem Kraftfahrzeug, – mit einer Arbeitskammer (12a) und mit einer Ausgleichskammer (12b), die über mindestens einen in einer die Kammern (12a, 12b) separierenden Trennplatte (14) angeordneten Drosselkanal (16) und über einen dazu parallelgeschalteten, mittels eines elektromagnetischen Ventils verschließbaren Bypass-Kanal (18) miteinander in Verbindung stehen, – wobei die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Volumina (12) von Arbeits- (12a) und Ausgleichskammer (12b) durch Be- und Entlastung eines Gummiteils (4) wechselweise veränderbar sind, – wobei das elektromagnetische Ventil einen Magnetkreis (28) – mit elektrisch beaufschlagbarer Spule (34) und – mit einem Permanentmagneten (30) und – einen transversal antreibbaren Schieber (20) aufweist, und wobei die Trennplatte (14) aus Kunststoff oder aus nichtmagnetischem Metall ist und den Magnetkreis (28) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennplatte (14) mindestens ein Plättchen oder Stift (38a, ...) aus ferromagnetischem Werkstoffderartig angeordnet ist, dass es (er) in mindestens einer der Endstellungen des Schiebers (20) in den Anziehungsbereich des Magnetkreises (28) gerät.

Description

• Anwendungsgebiet
• Hydrolager mit elektrisch schaltbarem Bypass gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sind bekannt. Solche Hydrolager sind insbesondere zur Verwendung als Motorlager in einem Kraftfahrzeug vorgesehen. In bestimmten Fahrzuständen soll in einem Motorlager ein Bypass geöffnet werden, durch den das Fluid strömen kann. Dadurch stellen sich im Lager andere Verhältnisse ein, die sich günstig auf die Isolationseigenschaften auswirken.
• Stand der Technik
• Als diesbezügliches Beispiel wird auf die US 4,783,062 A verwiesen:
  Die US 4,783,062 A betrifft ein Hydrolager mit einem Paar von Befestigungselementen, die durch einen hohlen Körper aus Elastomer in Form von natürlichem oder synthetischem Kautschuk miteinander verbunden sind. Der Körper ist durch eine elastische Membran geschlossen, um einen Hohlraum zur Dämpfung von Flüssigkeit zu bilden. Eine Trennwand oder Platte ist vorgesehen, um den Fluid gefüllten Hohlraum in zwei Kammern zu unterteilen. Eine erste Kammer ist zwischen der Trennwand und der Innenwand des hohlen Körpers ausgebildet. Eine zweite Kammer ist zwischen der Zwischenwand und der inneren Wand der Membran ausgebildet. Die Trennwand weist wenigstens zwei Passagen auf, die die beiden Kammern verbinden. Ein Schiebetor erstreckt sich über den Einlass in die Passagen. Dieses Gatter ist verschiebbar, um die Strömung des Fluids zwischen der primären und sekundären Kammer durch einen ausgewählten Durchgang oder durch ausgewählte Durchgänge in der Trennwand zu lenken. Eine magnetische Stellvorrichtung ist an der Trennwand montiert und weist mehrere elektrische Spulen auf, die die positive Positionierung des Schiebetors zu ermöglichen.
• Die EP 1 426 651 A1 beschreibt ein Bypass-schaltbares Hydrolager. Dieses Hydrolager weist eine Arbeitskammer (10a) und eine Ausgleichskammer (10b) auf, die über mindestens einen Drosselkanal (14) und über einen dazu parallelgeschalteten, mittels eines elektromagnetischen Ventils verschließbaren Bypasskanal (18) miteinander in Verbindung stehen. Die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Volumina von Arbeits-(10a) und Ausgleichskammer (10b) sind durch Be- und Entlastung eines Gummiteils (4) wechselweise veränderbar. Das elektromagnetische Ventil weist einen mit Querbohrung (20) versehenen Schieber (22) auf. Der elektromagnetische Antrieb des transversal betätigbaren Schiebers (22) ist ein Linearantrieb, bei dem die Lorentz-Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im Magnetfeld zur Anwendung gelangt. Um den Schieber in der jeweiligen Endstellung zuverlässig zu halten, ist eine Dauerbestromung erforderlich. Abgesehen davon, dass der damit verbundene Stromverbrauch unerwünscht ist, würde sich bei mehr oder weniger kurzem Stromausfall die Wirksamkeit der Bypass-Schaltung als unzuverlässig erweisen. Bei einer vorzugsweise mit dem Schieber mitbewegten Spule kann es Probleme bei der elektrischen Zuleitung geben: Die elektrischen Leiter müssen flexibel sein und eine gewisse Lose aufweisen. Wie die Dichtheit der Lager-Wandung im Bereich der Stromdurchführung zu gewährleisten ist, wird nicht dargelegt.
• Aufgabe der Erfindung
• Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer Weiterentwicklung der in der EP 1 426 651 A1 beschriebenen Konstruktion. Insbesondere soll ein permanenter Strombedarf der Bypass-Schaltung vermieden werden.
• Lösung und Vorteile
• Diese Aufgabe ist im Wesentlichen mit einem Hydrolager gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den in den Unteransprüchen fomulierten Merkmalen.
• Der Bypass-Schieber wird an seinen Endpositionen(permanent-)magnetisch fixiert. Aus diesem Grunde ist es nicht erforderlich, die Antriebsspule des Schiebers ununterbrochen unter Strom zu halten. Eine Strombeaufschlagung ist nur zur Änderung der Position: offen → geschlossen bzw. umgekehrt erforderlich. Dadurch verringert sich die thermische Belastung der Spule. Es sind kurzzeitig hohe Spulenströme zur Überwindung der Anziehungskraft an den Endpositionen möglich. Wegen der nur kurzzeitigen Strombelastung braucht die Spule nicht auf 100% ED (Einschaltdauer) ausgelegt zu sein.
• Da der Magnetkreis bereits über einen Permanentmagneten verfügt, genügt es, wenn die Plättchen oder Stifte zur Arretierung des Schiebers an seiner jeweiligen Endposition aus ferromagnetischem Material hergestellt sind.
• Vorzugsweise bestehen die Plättchen oder Stifte aus permanentmagnetischem Material, die den ferromagnetischen Eisenkreis festhalten. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der Magnetkreis des Schiebers anstelle eines Permanentmagneten eine (in sich kurzgeschlossene) Induktionsspule aufweist.
• Wenn die elektrische Versorgung der Spule mit Hilfe eines auf der Trennplatte angeordneten Steckkontaktes direkt in den Außenraum führt, sind diesbezüglich keinerlei Probleme wegen der hydraulischen Dichtheit zu befürchten. Wegen der Steckbarkeit des Kontaktes vereinfacht sich zudem der Zusammenbau des Hydrolagers.
• Da die Verschluss-Lasche ungelocht ist, kann sie relativ kurz ausgebildet sein. Damit ist der erforderliche Bauraum entsprechend gering.
• Wird eine nicht kreisrunde (z. B. quergestellte elliptische) Bohrung benutzt, so verringert sich der notwendige Schieberhub; die Antriebseinheit wird kleiner und preisgünstiger.
• Der Magnetkreis besteht – abgesehen von einem Permanentmagneten – aus ferromagnetischen Blechteilen. Die zusammenzufügenden Kanten dieser Blechteile sind gezahnt ausgebildet, so dass sie einfach zusammengefügt werden können.
• Um Beschädigungen an der mechanisch empfindlichen Spule zu vermeiden, ist diese in eine Kunststoffmasse eingebettet.
• Zeichnungen
• Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigt:
• 1 einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Hydrolager.
• 2 bis 7 zeigen Details, die den erfindungsgemäßen Bypass betreffen, und zwar – außer 6 – jeweils in perspektivischer Sicht:
• 2 die Trennplatte nebst Schieber;
• 3 bis 6 jeweils einen Schnitt durch eine Trennplatte, und zwar:
  3 und 4 mit Längsschnitt durch den Schieber (3: geöffneter Bypass, 4: geschlossener Bypass);
  5 und 6 mit Querschnitt durch den Schieber; und
• 7 den „Linearaktor”, d. h. den Schieber mit Eisenkreis und Permanentmagnet und die ortsfeste Spule.
• Beschreibung
• Im Prinzip weist das erfindungsgemäße Hydrolager 2 einen mit dem aus der 1 der EP 1 426 651 A1 vorbekannten Hydrolager vergleichbaren Grundaufbau auf:
  Ein gummi-elastisches, rotationssymmetrisches Federelement 4 ist einerseits axial mit einem ersten Anschlussteil 6a und andererseits mit dem oberen Bereich einer zylindrischen Wandung eines topfförmigen Gehäuses 8 verbunden. Im unteren Bereich des topfförmigen Gehäuses 8 ist mindestens ein zweites Anschlussteil 6b angebracht. Das Federelement 4 und eine Ausgleichsmembran 10 umschließen ein Hydraulik-Volumen 12, das mittels einer Trennplatte (Trennwand, Düsenplatte) 14 in eine Arbeitskammer 12a und eine Ausgleichskammer 12b unterteilt ist. Erfindungsgemäß ist die Trennplatte 14 ein komplexes Bauteil, das diverse Bauelemente umfasst und entsprechend viele Funktionen erfüllt. Die Trennplatte 14 weist einen Drosselkanal 16 auf, durch den die Arbeitskammer 12a und die Ausgleichskammer 12b miteinander in Verbindung stehen. Parallel zum Drosselkanal 16 gibt es einen Bypass-Kanal (Bypass-Öffnung) 18. Die Öffnung des als Querbohrung ausgebildeten Bypasses 18 kann mit Hilfe eines elektrisch antreibbaren Schiebers 20 abgedeckt oder freigelegt werden. D. h.: Mit Hilfe des Schiebers 20 kann der Bypass 18 wahlweise zu- oder abgeschaltet werden. Diese Schaltbarkeit ist auch graduell möglich. Auf diese Weise kann insbesondere im Leerlaufbetrieb die Lagersteifigkeit eines elastisch abgestützten Motors durch Öffnen des in der Trennplatte 14 befindlichen Bypasses 18 mehr oder weniger reduziert werden.
• Die in 2 bis 5 perspektivisch und in den 3 bis 6 im Schnitt dargestellte Trennplatte 14 zeigt, dass der Drosselkanal 16 hier als Ringkanal ausgebildet ist. Sein eines Ende 16a mündet in die Arbeits- 12a und sein anderes Ende 16b in die Ausgleichskammer 12b. In der 2 ist die Bypass-Öffnung 18 durch die Lasche 20a des Schiebers 20 verdeckt. 3 zeigt einen geöffneten Bypass 18 (Schieber 20 zurückgezogen). 4 zeigt einen durch die Lasche 20a des Schiebers 20 geschlossenen Bypass 18.
• Weiterhin zeigen die 2 und 4, dass die Trennplatte 14 teilweise als Lochsieb 22 (Löcher 22a, 22b, ...) ausgebildet ist, dessen Fläche mittels einer Entkopplungsmembran 24 (1) abgedeckt ist. Sowohl der Schieber 20 als auch die Entkopplungsmembran 24 werden gegenüber der Arbeitskammer 12a durch eine auf der Trennplatte 14 angeordneten Abdeckplatte 26 (1) gehalten.
• Erfindungswesentlich sind die Details des Schiebers 20 und eines ihn antreibenden „Linearaktors”. Dieser „Linearaktor” besteht aus einem am Schieber 20 angebrachten Eisenkreis (Magnetkreis) 28 nebst Permanentmagnet 30 (siehe insbesondere 5, 6 und 7). Die Enden des Eisenkreises 28 sind gezahnt. Seine Zähne 28a greifen in die Zähne 20b der entsprechend gezahnten Flanken des Schiebers 20 ein (7). Außerdem weist der „Linearaktor” eine in Kunststoffmasse 32 eingebettete Spule 34 auf, die sich innerhalb des Eisenkreises 28 befindet und ortsfest an der Trennplatte 14 angebracht ist. Die Stromzufuhr zu der elektrischen Spule 34 erfolgt über einen an der Trennplatte 14 befindlichen, direkt in den Außenraum führenden Steckkontakt 36.
• Aus der Tatsache, dass die Spule 34 ortsfest an der Trennplatte 14 befestigt ist, folgt, dass der Schieber 20 nebst Eisenkreis 28 und Permanentmagnet 30 eine Relativbewegung gegenüber dieser Spule 34 ausführen kann. Beim Bestromen der Spule 34 wirkt eine Kraft (Lorentz-Kraft) in Längsrichtung des Schiebers 20 senkrecht zum Magnetfeld und senkrecht zum elektrischen Strom I (Rechte-Hand-Regel). Wird umgepolt, so stellt sich eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung ein.
• Das Magnetfeld muss nicht besonders homogen sein. Denkbar ist auch eine bewusst gestaltete Inhomogenität in der Art, dass die Felder für die Position „Bypass offen” und „Bypass geschlossen” größer sind als im mittleren Bereich der Bewegung. Damit könnte die Kraft zur Überwindung einer etwas höheren Haftreibung erhöht werden.
• Der Schieber 20 – insbesondere seine Lasche 20a – ist sehr dünn ausgebildet. Das hat zur Folge, dass die Flüssigkeitsverdrängung im Bereich der Bypass-Öffnung relativ gering ist.
• Am Ende der Hubbewegung wird die Bewegung des Schiebers 20 durch Anschläge begrenzt, die gemäß 3 durch Haftplättchen 38a, 38b realisiert werden. Die Haftplättchen 38a, 38b bestehen aus ferromagnetischem Material (Weicheisen oder Permanentmagnet), mit deren Hilfe der Schieber 20 in seiner jeweiligen Endposition (offen bzw. geschlossen) gehalten wird, ohne dass eine Bestromung der Antriebsspule 34 dauernd aufrechterhalten werden muss, dadurch, dass sie in den Anziehungsbereich des Permanentmagneten kommen.
• Bezugszeichenliste

2

Hydrolager, hydraulisches Motorlager

4

Federelement, Gummiteil, Gummitragkörper

6a

(erstes) Anschlussteil

6b

(zweites) Anschlussteil

8

topfförmiges Gehäuse

10

Ausgleichsmembran, (Roll-)Membran

12

Hydraulik-Volumen, Hydraulikflüssigkeit

12a

Arbeitskammer

12b

Ausgleichskammer

14

Trennplatte, Trennwand, Düsenplatte

16

Drosselkanal, Dämpfungskanal, Ringkanal

16a, 16b

Enden des Drosselkanals

18

Bypass(-Öffnung), Bypass-Kanal, Querbohrung

20

Schieber

20a

Lasche (des Schiebers 20), Verschluss-Lasche

20b

Flanken (des Schiebers 20), Zähne (in den Flanken des Schiebers 20)

22

Lochsieb

22a, 22b

Löcher (des Lochsiebs 22)

24

Entkopplungsmembran

26

Abdeckplatte

28

Eisenkreis, Magnetkreis

28a

Zähne (des Eisenkreises 28)

30

Permanentmagnet

32

Kunststoffmasse, quaderförmiges Bauteil (mit Spule 34)

34

Spule

36

Steckkontakt

38a, 38b

Haftplättchen, Stifte

Claims (7)

1. Hydrolager (2) mit elektrisch schaltbarem Bypass (18) – insbesondere zur Verwendung als Motorlager in einem Kraftfahrzeug, – mit einer Arbeitskammer (12a) und mit einer Ausgleichskammer (12b), die über mindestens einen in einer die Kammern (12a, 12b) separierenden Trennplatte (14) angeordneten Drosselkanal (16) und über einen dazu parallelgeschalteten, mittels eines elektromagnetischen Ventils verschließbaren Bypass-Kanal (18) miteinander in Verbindung stehen, – wobei die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllten Volumina (12) von Arbeits- (12a) und Ausgleichskammer (12b) durch Be- und Entlastung eines Gummiteils (4) wechselweise veränderbar sind, – wobei das elektromagnetische Ventil einen Magnetkreis (28) – mit elektrisch beaufschlagbarer Spule (34) und – mit einem Permanentmagneten (30) und – einen transversal antreibbaren Schieber (20) aufweist, und wobei die Trennplatte (14) aus Kunststoff oder aus nichtmagnetischem Metall ist und den Magnetkreis (28) aufnimmt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennplatte (14) mindestens ein Plättchen oder Stift (38a, ...) aus ferromagnetischem Werkstoffderartig angeordnet ist, dass es (er) in mindestens einer der Endstellungen des Schiebers (20) in den Anziehungsbereich des Magnetkreises (28) gerät.
2. Hydrolager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Plättchen oder der mindestens eine Stift (38a, ...) ein Permanentmagnet ist.
3. Hydrolager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Versorgung der Spule (34) über einen axial anbringbaren Steckkontakt (36) erfolgt.
4. Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber (20) eine dünne gelochte oder ungelochte Verschluss-Lasche (20a) aufweist.
5. Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung des Bypass-Kanals (18) einen runden, rechteckigen oder elliptischen Querschnitt aufweist.
6. Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Magnetkreis (28) zumindest teilweise aus einem ferromagnetischen Blechteil besteht, das mit Hilfe von Zähnen (28a) mit an den Flanken des Schiebers (20) befindlichen Zähnen (20b) verzahnt ist.
7. Hydrolager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spule (34) des Magnetkreises (28) in Kunststoffmasse eingebettet ist und ein quaderförmiges oder rundes Bauteil (32) bildet.

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