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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Lagerung einer
Antriebseinheit in einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des
Anspruchs 1. Eine solche Vorrichtung ist per se bekannt. Eine quer
zur Fahrzeuglängsachse angeordnete elastische Drehmomentstütze
ist aus der
DE 100
24 164 B4 der Anmelderin bekannt.
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Unter
einer Antriebseinheit wird hier jeder starre Verbund eines Antriebsmotor
mit weiteren Triebstrangkomponenten verstanden. Der Antriebsmotor
ist heute in der Regel ein Verbrennungsmotor, der zusammen mit einem
oder mehreren Getrieben (Wechselgetriebe und/oder Verteilergetriebe und/oder
Differenzial) verschraubt ist.
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Generell
sollen Lagerungen solcher Antriebseinheiten den Fahrzeugaufbau einerseits
von Schwingungen der Antriebseinheit entkoppeln. Andererseits muss
die Lagerung Relativbewegungen der Antriebseinheit gegenüber
dem Fahrzeugaufbau begrenzen.
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Die
genannten Schwingungen werden zum Beispiel durch die periodische
Arbeitsweise eines Verbrennungsmotors der Antriebseinheit angeregt, und
beeinflussen den Geräuschkomfort insbesondere im Leerlauf
nachteilig. In der Regel steigt der Geräuschkomfort mit
abnehmender Steifigkeit, d. h. mit abnehmender Federkonstante der
elastischen Motorlager.
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Die
genannten Relativbewegungen werden zum Beispiel durch die Drehmomentabstützung
des Antriebsmotors in den Motorlagern hervorgerufen. Eine andere
Ursache von Relativbewegungen ergibt sich durch die träge
Masse der Antriebseinheit, die ein Viertel der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs
betragen kann. Wenn diese Masse im Fahrbetrieb beim schnellen Ausweichen,
bei Wechselkurven und/oder durch Fahrbahnunebenheiten zu Schwingungen
gegenüber dem Fahrzeugaufbau angeregt wird, kann dies die
Lenkpräzision und damit die Fahrdynamik negativ beeinflussen.
Die Amplitude der Relativbewegungen steigt mit abnehmender Federkonstante der
Motorlager. Bei der Lagerung einer Antriebseinheit in einer Fahrzeugkarosserie
ergibt sich damit der Zielkonflikt, dass die Lagerung für
eine gute Akustik möglichst weich sein sollte, während
eine präzise Fahrbarkeit durch eine steifere Lagerung begünstigt wird.
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Bekannte
Lagerungen von in Fahrzeuglängsrichtung eingebauten Antriebseinheiten weisen
drei stabile Motorlager auf, von denen jeweils eine den Antriebsmotor
seitlich mit der Karosserie verbindet und eine das Getriebe mit
der Karosserie verbindet.
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Die
seitlichen Motorlager sind bei der bekannten Vorrichtung etwa auf
der Höhe des Schwerpunkts der Antriebseinheit angeordnet.
Aus produktionstechnischen Gründen sind sie darüber
hinaus im Wesentlichen senkrecht im Fahrzeug angeordnet. Die Hauptlast
wirkt daher im Wesentlichen senkrecht auf die Motorlager ein.
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Bekannte
seitliche Motorlager weisen einen kompakten Gummipuffer auf, der
zwar Kräfte aus allen drei Raumrichtungen aufnimmt, aber
richtungsabhängig unterschiedliche Federkonstanten besitzt. Auch
Dämpfungswirkungen der seitlichen Motorlager treten vorzugsweise
in Richtung der senkrecht einwirkenden Hauptlast auf.
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Die
zusätzlich vorhandene quer angeordnete Drehmomentstütze
dient dazu, einerseits Leerlaufbewegungen der Antriebseinheit in
Querrichtung zuzulassen und andererseits eine ausreichende Drehmomentabstützung
im Betrieb zu gewährleisten. Dies wird durch eine vergleichsweise
hohe Anordnung der Drehmomentstütze an einer Ventilhaube
eines Verbrennungsmotors mit V-förmiger Anordnung der Zylinder
in Verbindung mit einer stark progressiven Ausgestaltung ihrer Elastizität
gewährleistet.
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Es
hat sich gezeigt, dass bei Versuchsfahrzeugen, die mit einer solchen
Drehmomentstütze ausgerüstet waren, unter ungünstigen
Umständen im Fahrbetrieb störende Zitterbewegungen
des Fahrzeugaufbaus aufgetreten sind. Solche Zitterbewegungen wurden
zum Beispiel bei Fahrten auf bestimmten Streckenabschnitten beobachtet.
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Vor
diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe
einer Vorrichtung, die störende Zitterbewegungen auch unter
ungünstigen Umständen verringert.
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Diese
Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Durch
die unterhalb der Drehmomentstütze quer zur Fahrzeuglängsachse
angeordnete Dämpfungsstütze, die mit einem Ende
an den Antriebsmotor gekoppelt ist und mit einem anderen Ende an
die Fahrzeugkarosserie gekoppelt ist und die so ausgestaltet ist,
dass sie Querschwingungen der Antriebseinheit dämpft, werden
die störende Zitterbewegungen wirksam verhindert oder zumindest
verringert.
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Eine
bevorzugte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Motorlager
nicht nur tiefer als die Drehmomentstütze, sondern auch
tiefer als der Schwerpunkt der Antriebseinheit angeordnet sind. Dadurch
sind die seitlichen Motorlager insbesondere tiefer angeordnet als
bei einer schwingungstechnisch optimalen Anordnung auf der Höhe
des Schwerpunktes der Antriebseinheit. Die tiefere Anordnung hat den
Vorteil, dass zusätzlicher Bauraum in den Seitenbereichen
der Antriebseinheit gewonnen wird. Dieser Bauraum kann zur Unterbringung
weiterer Baugruppen genutzt werden. In Frage kommt hier zum Beispiel
ein Abgasturbolader und/oder ein Differenzialgetriebe, das zusammen
mit dem Antriebsmotor einen Teil der Antriebseinheit bildet.
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Im
Ergebnis ergeben sich durch die tiefere Anordnung der seitlichen
Motorlager Freiheitsgrade bei der Bauraumausnutzung, die eine Verringerung der
zur Unterbringung der Antriebseinheit erforderlichen Karosseriehöhe
ermöglichen. Dadurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade
im Design der Fahrzeugkarosserie, die zum Beispiel für
eine Verringerung des Luftwiderstands genutzt werden können.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen,
der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils
angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder
in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
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1 eine
Gesamtansicht einer Vorrichtung zur Lagerung einer Antriebseinheit
in einem Kraftfahrzeug; und
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2 eine
Ausgestaltung einer Dämpfungsstütze
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Im
Einzelnen zeigt die 1 in stark schematisierter Form
eine Antriebseinheit 10, die in einer Aufbaustruktur eines
Kraftfahrzeuges gelagert ist. Bei der Aufbaustruktur handelt es
sich zum Beispiel um Karosseriebaugruppen wie Hilfsrahmen 12a, 12b, 12c und/oder
Längsträger 12d. 1 stellt
eine Frontalansicht dar, bei der die Blickrichtung antiparallel
zu einer Fahrtrichtung x des Kraftfahrzeuges ist. Eine Querrichtung
des Kraftfahrzeuges ist mit y und eine Vertikalrichtung mit z bezeichnet.
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Die
Antriebseinheit 10 weist einen Antriebsmotor 14 auf,
der mit weiteren Triebstrangkomponenten wie dem Wechselgetriebe
starr verbunden ist. In der 1 liegt
das Wechselgetriebe in Blickrichtung hinter dem Antriebsmotor 14 und
wird daher durch den Antriebsmotor 14 verdeckt. Je nach
Antriebskonzept können weitere Getriebe wie Verteilergetriebe und/oder
Differenzialgetriebe starr mit dem Antriebsmotor 14 verbunden
sein. Bei Hybridantrieben können mehrere Antriebsmotoren,
zum Beispiel ein Verbrennungsmotor und ein Elektromotor starr miteinander
verbunden sein. Die Masse einer solchen Antriebseinheit kann ein
Viertel der Gesamtmasse des Kraftfahrzeugs betragen.
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In
der 1 ist eine Ausgestaltung abgebildet, bei der ein
in Blickrichtung rechts angeordnetes Differenzialgetriebe 16 starr
mit dem Antriebsmotor 14 verbunden ist. Vom Differenzialgetriebe 16 ausgehende
Antriebswellen 18, 20 übertragen Drehmomente
zwischen Ausgängen des Differenzialgetriebes und nicht
dargestellten Antriebsrädern des Kraftfahrzeugs. Ein Eingang
des Differenzialgetriebes ist mit dem Wechselgetriebe über
eine weiteres Welle verbunden. Bei einem Allradfahrzeug erfolgt
die Drehmomentübertragung zwischen Wechselgetriebe und
Differenzial über ein Verteilergetriebe, das ein Ausgangsdrehmoment
des Wechselgetriebes auf verschiedene Antriebsachsen verteilt. Es
versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf eine solche Antriebseinheit
beschränkt ist und auch in Verbindung mit anderen Antriebseinheiten
verwendbar ist. Eines oder mehrere der genannten Getriebe können zum
Beispiel separat in der Aufbaustruktur des Kraftfahrzeuges gelagert
sein.
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Die
in der 1 dargestellte Vorrichtung zur Lagerung der Antriebseinheit 10 weist
zwei elastische Motorlager 22a, 22b auf, von denen
jedes jeweils einen starr mit der Antriebseinheit 10 verbundenen
Motorträger 24a, 24b elastisch an einen
Hilfsrahmen 12a, 12b der Aufbaustruktur des Kraftfahrzeugs ankoppelt.
Die seitlichen Motorlager 22a, 22b weisen in einer
Ausgestaltung einen kompakten Gummipuffer auf, der Kräfte
aus allen drei Raumrichtungen aufnimmt, aber richtungsabhängig
unterschiedliche Federkonstanten besitzt. Darüber hinaus
weisen Ausgestaltungen der Motorlager 22a, 22b Hohlräume auf,
die mit einer Dämpfungsflüssigkeit wie Glysantin gefüllt
und hydraulisch miteinander verbunden sind. Die Hohlräume
werden durch den Gummipuffer elastisch begrenzt. Formänderungen
des Gummipuffers führen zu einer Volumenänderung
der Hohlräume, die einen Strom von Dämpfungsflüssigkeit
zwischen den Hohlräumen hervorruft. Der dabei auftretende Strömungswiderstand
in der Hydraulischen Verbindung der Hohlräume dämpft
die angeregte Schwingung. Herkömmliche Motorlager sind
so aufgebaut, dass die Dämpfungswirkung nicht isotrop ist,
sondern vorzugsweise in Richtung der senkrecht einwirkenden Hauptlast
auftritt.
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Die
Vorrichtung zur Lagerung der Antriebseinheit
10 weist ferner
eine oberhalb der beiden Motorlager
22a,
22b quer
zur Fahrzeuglängsachse angeordnete Drehmomentstütze
26 auf,
die mit einem Ende an die Antriebseinheit
10 gekoppelt
und mit einem anderen Ende an den Längsträger
12d als
Teil der Aufbaustruktur gekoppelt ist. Die Drehmomentstütze
26 ist
so ausgestaltet, dass beide Enden elastisch gedämpft miteinander
verbunden sind. Die Drehmomentstütze
26 entspricht
in einer Ausgestaltung dem Typ der aus der
DE 100 24 164 B4 bekannten
Drehmomentstütze.
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Darüber
hinaus weist die Vorrichtung zur Lagerung der Antriebseinheit 10 eine
unterhalb der Drehmomentstütze 26 quer zur Fahrzeuglängsachse angeordnete
Dämpfungsstütze 28 auf, die mit einem Ende 28a an
den Antriebsmotor 14 gekoppelt ist und mit einem anderen
Ende 28b an die Fahrzeugkarosserie gekoppelt ist. In der
dargestellten Ausgestaltung ist das andere Ende 28b der
Dämpfungsstütze 28 an einen Träger 12c gekoppelt.
Alternativ kann die Dämpfungsstütze 28 auch
an den Hilfsrahmen 12b gekoppelt sein.
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Die
Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass die bekannte hohe Anordnung
der progressiv steifen Drehmomentstütze 26 in
Verbindung mit der im Vergleich dazu tieferen Anordnung von seitlichen Motorlagern 22a, 22b zu
einer vertikalen Verschiebung eines Drehpunkts der Antriebseinheit 10 führt: Quer
einwirkende Kräfte erzeugen in der Regel Kippmomente auf
die Antriebseinheit 10, denen die Antriebseinheit 10 durch
eine Drehauslenkung folgt.
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Ohne
die obere Drehmomentstütze 26 und ohne die Dämpfungsstütze 28 würde
die Antriebseinheit 10 um einen kleinen Drehwinkel in den
seitlichen Motorlagern 22a, 22b ausgelenkt. Die
seitlichen Motorlager 22a, 22b würden
dabei im Wesentlichen vertikal und nur wenig in horizontaler Richtung
verformt. Die größte Queramplitude würde
am oberen Ende der Antriebseinheit 10 auftreten.
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Die
vergleichsweise steife Drehmomentstütze 26 verringert
die Queramplitude am oberen Ende der Antriebseinheit 10 und
zwingt die Antriebseinheit 10 dazu, einwirkenden Querkräften
durch eine stärkere horizontale Verformung der seitlichen
Motorlager 22a, 22b auszuweichen. Wie oben ausgeführt wurde,
konzentriert sich die Dämpfungswirkung herkömmlicher
Motorlager auf die Vertikalrichtung. Eine durch Querkräfte
hervorgerufene horizontale Auslenkung der seitlichen Motorlager 22a, 22b kann
daher eine Querschwingung anregen, die von den seitlichen Motorlagern 22a, 22b nur
schwach gedämpft wird und die vom Fahrer als störende
Zitterbewegung wahrgenommen wird.
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Dadurch,
dass die erfindungsgemäße Vorrichtung die Dämpfungsstütze 28 aufweist,
- – die in z-Richtung tiefer als die
Drehmomentstütze 26 und quer zur Fahrzeuglängsachse
angeordnet ist,
- – die mit einem Ende an den Antriebsmotor gekoppelt
ist und mit einem anderen Ende an die Fahrzeugkarosserie gekoppelt
ist und
- – die so ausgestaltet ist, dass sie Querschwingungen
der Antriebseinheit dämpft,
werden solche störenden
Zitterbewegungen wirksam verhindert oder zumindest verringert.
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Die
Motorlager 22a, 22b sind in einer Ausgestaltung
nicht nur tiefer als die obere Drehmomentstütze, sondern
auch unterhalb des Schwerpunktes 30 der Antriebseinheit 10 angeordnet.
Beim Gegenstand der 1 sind die Motorlager 22a, 22b in z-Richtung
insbesondere tiefer als die Antriebswellen 18, 20 angeordnet.
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Bei
einer schwingungstechnisch optimalen Anordnung der seitlichen Motorlager 22a, 22b im
Bereich des Schwerpunktes 30 der Antriebseinheit 10 würden
um die Fahrzeuglängsachse erfolgende Kippbewegungen der
Antriebseinheit 10 zu Kräften in den seitlichen
Motorlagern 22a, 22b führen, die im Wesentlichen
senkrecht, d. h. in z-Richtung gerichtet sind und nur kleine Kraftkomponenten
in Fahrzeugquerrichtung y besitzen. Die einwirkenden Kräfte würden
dann im Wesentlichen parallel zu der Vorzugsrichtung der Dämpfung
liegen, die parallel zu der aus produktionstechnischen Gründen
bevorzugten senkrechten Einbaulage liegt. Dies würde zu
einem erwünscht schnellen Abklingen der Schwingungen führen.
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Diese
erwünschte Eigenschaft wird durch die tiefere Anordnung
der Motorlager 22a, 22b eingeschränkt,
da die tiefere Anordnung bei Kippbewegungen der Antriebseinheit 10 zu
größeren Querkräften in den seitlichen
Motorlagern 22a, 22b und damit zu einer stärkeren
Anregung von Querschwingungen der Antriebseinheit 10 führen.
Diese Querschwingungen erfolgen mehr oder weniger rechtwinklig zu
der Hauptdämpfungsrichtung der seitlichen Motorlager 22a, 22b.
Die seitlichen Motorlager 22a, 22b dämpfen
diese Schwingung daher unter Umständen nicht ausreichend
ab, so dass die auf die Karosserie übertragenen Querschwingungen
der Antriebseinheit 10 als störende Zitterbewegungen
wahrnehmbar sind.
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Da
diese Zitterbewegungen durch die vorliegende Erfindung gedämpft
werden, führt die Ausgestaltung mit den nach unten versetzen
Motorlagern 22a, 22b zu den oben erwähnten
Design-Freiheitsgraden, ohne dass die damit verbundenen Vorteile durch
nachteilig störende Zitterbewegungen beeinträchtigt
werden. In der 1 ist ein durch die vergleichsweise
tiefe Anordnung der seitlichen Motorlager 22a, 22b auf
der in Blickrichtung linken Seite der Antriebseinheit 10 für
andere Zwecke nutzbarer Bauraum 31 gestrichelt dargestellt.
Dieser Bauraum kann zum Beispiel für die Anordnung eines
Turboladers genutzt werden. Der auf der gegenüberliegenden rechten
Seite zusätzlich nutzbare Bauraum wird bei der dargestellten
Ausgestaltung zur Anordnung des Differenzialgetriebes 16 genutzt.
Ein solches Differenzialgetriebe würde bei einer höheren
Anordnung der seitlichen Motorlager 22a, 22b in
z-Richtung angeordnet werden müssen.
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Als
Folge müsste eine größere Bauhöhe
der in Kauf genommen werden, was die Design-Freiheitsgrade unerwünscht
einschränken würde.
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Ein
weiterer Vorteil der separaten Dämpfungsstütze 28 gegenüber
einer ebenfalls denkbaren geneigten Anordnung der seitlichen Motorlager 22a, 22b wird
auch darin gesehen, dass die aus produktionstechnischen Gründen
erwünschte senkrechte Anordnung der seitlichen Motorlager 22a, 22b beibehalten
wird.
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Durch
die im wesentlichen quer zur Hauptdämpfungsrichtung der
seitlichen Motorlager 22a, 22b liegende separate
Dämpfungsstütze 28 kann darüber
hinaus die Querdämpfung unabhängig von der Dämpfung
der seitlichen Motorlager konstruktiv vorgegeben werden. Eine Anordnung
der Dämpfungsstütze 28 in z-Richtung,
die näher an den Motorlagern 22a, 22b als
an der Drehmomentstütze 26 liegt, hat den Vorteil,
dass der Motorträger 24b, an den das elastische
Motorlager 12b gekoppelt ist, auch zur Bauteil- und Bauraumsparenden
Ankopplung der Dämpfungsstütze 28 verwendet
werden kann.
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Außerdem
ermöglicht die Anordnung der Dämpfungsstütze
auf einem in z-Richtung zur Anordnung der seitlichen Motorlager ähnlichen
Niveau eine effektive Dämpfung horizontaler Zitterbewegungen, die
in den seitlichen Motorlagern auftreten.
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2 zeigt
eine Ausgestaltung einer Dämpfungsstütze 28 mit
einem ersten Ende 28a und einem zweite Ende 28b in
einer Schnittdarstellung. Jedes Ende 28a, 28b weist
eine äußere Hülse 32a, 32b und eine
jeweils innerhalb der äußeren Hülse angeordnete
innere Hülse 34a, 34b auf. Die Außenseite
jeweils einer der inneren Hülsen 34a, 34b ist
mit der Innenseite der zugehörigen äußeren
Hülse 32a, 32b über eine Füllung
der äußeren Hülse 32a, 32b aus
elastischem Material 36a, 36b verbunden. Beide äußeren Hülsen 32a, 32b sind
durch eine Querspange 38 starr miteinander verbunden. In
einer Ausgestaltung bestehen die Hülsen 32a, 34a, 32a, 32b, 34b aus Stahl
oder einer hochfesten Leichtmetalllegierung und das elastische Material 36a, 36b ist
eine dauerelastische Gummimischung. Die inneren Hülsen 34a, 34b nehmen
jeweils eine Schraube oder einen Bolzen auf. Die innere Hülse 34a wird
in einer Ausgestaltung mit einer solchen Schraube starr mit dem
Motorträger 24 verbunden, während die
innere Hülse 34b mit ihrer Schraube starr mit
dem Hilfrahmen 12c oder einem anderen Teil der Aufbaustruktur
verbunden wird. Auf diese Weise sind beide Enden 28a, 28b der Dämpfungsstütze 28 elastisch
miteinander gekoppelt. Dabei ist die Dämpfungsstütze
bevorzugt so ausgestaltet, dass ihre Federkonstante kleiner ist
als die Federkonstante der Drehmomentstütze 26.
Bevorzugt ist auch, dass die Federkonstante der Dämpfungsstütze 28 40%
bis 60% der Federkonstante der Drehmomentstütze 26 beträgt.
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Zur
Dämpfung weist die Dämpfungsstütze 28 Mittel
zur hydraulischen Dämpfung von Querschwingungen auf, die
in einer Ausgestaltung durch eine hydraulisch gedämpfte
Buchse realisiert sind. In der dargestellten Ausgestaltung weist
das elastische Material 36a, das die beiden Hülsen 32a und 34a des einen
Endes 28a der Dämpfungsstütze 28 miteinander
verbindet, Hohlräume 40, 42 und die Hohlräume 40, 42 hydraulisch
verbindende Leitungen 44, 46 auf. Die Hohlräume 40 und 42 sind
mit einer Dämpfungsflüssigkeit wie Glysantin gefüllt.
Beim Auftreten von Querschwingungen verändern sich die
Volumina der Hohlräume 40 und 42, was
zu einem Flüssigkeitsaustausch zwischen ihnen führt.
Der Strömungswiderstand in den Leitungen 44 und 46 dämpft
die Querschwingungen, wobei das Ausmaß der Dämpfung, das
durch eine Dämpfungskonstante charakterisierbar ist, durch
Länge und Durchmesser der Leitungen 42, 44 konstruktiv
festgelegt ist. Dabei ist bevorzugt dass die Dämpfungskonstante
der Dämpfungsstütze 28 größer
ist als eine Dämpfungskonstante der Drehmomentstütze 26.
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In
der dargestellten Ausgestaltung sind beide Enden 28a, 28b als
elastische Lagerelemente realisiert, wobei das eine Ende 28a als
elastisch gedämpftes Lagerelement verwirklicht ist. Es
versteht sich aber, dass ein Ende der Dämpfungsstütze 28 auch
als steifes Lagerelement und ein Ende der Dämpfungsstütze
als elastisch gedämpftes Lagerelement ausgestaltet sein
kann. Welche Seite steif oder elastisch und welche Seite zusätzlich
gedämpft wird, ist für die Funktion dabei von
untergeordneter Bedeutung und hängt zum Beispiel von dem
verfügbaren Bauraum ab. Es können auch beide Seiten
als elastisch gedämpfte Lagerelemente verwirklicht werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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B4 [0001, 0025]