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Die Erfindung betrifft ein hydraulisch gedämpftes Lager mit einem Hydraulikraum, der von einer einen Drosselkanal beinhaltenden Trennwand in eine erste Hydraulikkammer und eine zweite Hydraulikkammer unterteilt ist, wobei die zweite Hydraulikkammer mit einer Ausgleichsmembran abgeschlossen ist und zwischen erster und zweiter Hydraulikkammer ein Drosselkanal angeordnet ist, und die zweite Hydraulikkammer ein Verstellelement aufweist, das mit einer Bypassöffnung derart in Wechselwirkung steht, dass die Bypassöffnung mit dem Verstellelement einen Überströmkanal bildet, dessen Durchströmungsquerschnitt in Abhängigkeit von der Lage des Verstellelementes zur Bypassöffnung veränderbar ist.
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Derartige Lager sind an sich bekannt und beispielsweise als Motorlager im Automobilbau im Einsatz. Sie dienen dazu, die Übertragung von als Körperschall unangenehm empfundenen Schwingungen vom Motor auf die Karosserie zu vermindern.
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Dabei ist es wünschenswert, dass diese Funktion über einen möglichst großen Frequenzbereich wirksam ist. Insbesondere ist hier der Übergang vom Leerlauf mit vergleichsweise niedriger Drehzahl des Motors in den Betriebsdrehzahlbereich von Bedeutung.
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Die
DE 39 33 252 C2 offenbart ein Lager, bei der die Bypassöffnung als Konusfläche ausgebildet ist und der Überströmkanal aus der Konusfläche und einer Verstellscheibe gebildet ist und die Aufgabe durch eine Verstellbarkeit der Verstellscheibe gelöst wird. Die Verstellung der Verstellscheibe erfolgt durch eine Verstelleinrichtung oder auch Schaltstange, die die Verstellung der Verstellscheibe von außerhalb des Lagers ermöglicht.
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Um die exakte Lage der Verstellscheibe zu bestimmen, bedarf es bei dieser Ausführung jedoch weiterer Sensorik, beispielsweise einer Längenmessung der aus dem Lager herausragenden Schaltstange. Ohne eine solche Sensorik lässt sich die gewünschte Frequenzlage des Isolationseffekts des Lagers nur vermuten oder nur sehr grob bestimmen.
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In der
DE 10 2008 010 618 A1 ist ein vergleichbares Lager offenbart, bei dem eine zusätzliche Sensorik dadurch vermeidbar ist, dass die Verstelleinrichtung eine Konusscheibe in nur zwei Schaltstellungen, nämlich in zwei Endlagen positioniert. Damit lässt sich der Überströmkanal jedoch nur öffnen oder schließen oder in zwei Stellungen teilweise geöffnet halten, so dass das Lager nur in zwei Schwingungszuständen wirksam sein kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager der eingangs geschilderten Art zu schaffen, bei dem der Überströmkanal in mehr als zwei Schaltstellungen über einen vorbestimmten Frequenzbereich möglichst kontinuierlich verstellbar ist und zur Bestimmung der Größe des Durchströmungsquerschnittes des Überströmkanals eine weitere Sensorik vermeidbar ist.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass das Verstellelement mittels eines durch eine elektronische Schaltung ansteuerbaren Schrittmotors und einer Übertragungseinrichtung gegenüber der Bypassöffnung verstellbar ist, wobei durch die Übertragungseinrichtung die rotatorische Bewegung des Schrittmotors in eine translatorische Bewegung umwandelbar und auf das Verstellelement übertragbar ist.
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Ein hochpräziser Schrittmotor ist in sehr kleinen Winkelschritten drehbar. Daher ist mit Hilfe der Übertragungseinrichtung auch das Verstellelement des Überströmkanals in vielen Schritten feinfühlig verstellbar. Die Übertragungseinrichtung definiert die Übersetzung, d. h. bestimmt, um welchen Betrag sich das Verstellelement bei einem Drehschritt des Schrittmotors translatorisch bewegt. Diese Übersetzung ist mechanisch festlegbar, so dass zur Überwachung der Lage des Verstellelementes keine zusätzliche Sensorik notwendig ist, sondern einfach die Ansteuerung des Schrittmotors herangezogen werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Übertragungseinrichtung aus einer Gewindespindel und einer Mutter ausgebildet, wobei die Mutter vom Schrittmotor drehbar antreibbar ist und die Spindel gegenüber der Mutter drehfest ausgebildet ist.
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Durch die Ausbildung der Übertragungseinrichtung als Gewindespindel und Mutter lässt sich die Übersetzung der Übertragungseinrichtung durch die Steigung des Gewindes der Spindel und der Mutter festlegen. Die Position des Verstellelementes ist dadurch ohne Sensorik sehr genau einstellbar.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die elektronische Schaltung zur Ansteuerung des Schrittmotors derart ausgebildet, dass zu jedem Betriebsbeginn das Verstellelement über die Übertragungseinrichtung durch den Schrittmotor in eine mechanisch vorbestimmte Referenzposition verfahrbar ist und die erreichte Position in der elektronischen Schaltung als Null-Lage definierbar ist.
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Diese Anordnung hat den Vorteil, dass zu Betriebsbeginn, beispielsweise bei jedem Einschalten der elektronischen Steuerung beim Starten des Fahrzeuges, eine Null-Position definierbar ist. Dies vermeidet eine aufwendige Sicherung des jeweils letzten Betriebspunktes des Lagers vor dem Betriebsende der Schaltung. Daher ist durch eine derart ausgebildete elektronische Schaltung die Position des Verstellelementes auch nach jedem Abschalten jeweils ohne weitere Sensorik reproduzierbar einstellbar.
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In einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist die elektronische Schaltung derart ausgebildet, dass als Eingangssignal zur Errechnung der jeweiligen Drehposition des Schrittmotors die Zündfrequenz eines Verbrennungsmotors verwendbar ist.
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Durch die Verwendung der Zündfrequenz als Eingangssignal zur Bestimmung der Drehposition des Schrittmotors und der damit über die Position des Verstellelementes und damit verbundener Querschnittfläche des Überströmkanals verbundenen Frequenzverhaltens des Lagers ist auch zur Ansteuerung des Lagers keine zusätzliche Sensorik erforderlich. Die Zündfrequenz kann beispielsweise direkt aus der Motorelektronik abgegriffen werden und beispielsweise über ein Kennfeld in der elektronischen Schaltung in die jeweilige Drehposition des Schrittmotors umgerechnet werden.
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Schrittmotoren nach dem derzeitigen Stand der Technik weisen bei hoher Reproduzierbarkeit eine große Zahl von möglichen Schallschritten auf, so dass mit der erfindungsgemäßen Lösung Kennlinien der Lager erreichbar sind, die einer stetigen, analogen Kennlinie sehr nahe kommen. Ein erfindungsgemäßes Lager ermöglicht also, ohne besondere Sensorik über weite Frequenzbereiche das Verhalten der Lagers sehr genau anzupassen.
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Anhand der Zeichnung wird nachstehend ein Beispiel der Erfindung näher erläutert.
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In der 1 ist gezeigt, wie ein erstes Gehäuseteil 1 und ein zweites Gehäuseteil 2 formschlüssig und fluiddicht miteinander zu einem Hydrauliklager 3 fest verbunden sind.
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Das erste Gehäuseteil 1 weist an seinem dem zweiten Gehäuseteil 2 abgewandten Ende einen Tragkörper 4 aus elastomerem Material auf, der mit dem ersten Gehäuseteil 1 fest und fluiddicht durch Anvulkanisation verbunden ist. In den Tragkörper 4 eingebettet und mit diesem fest verbunden ist ein Anschlussstück 5, welches mittels eines Befestigungsbolzens 6 an einem hier nicht gezeigten Motorblock befestigbar ist. Das Lager 3 weist außerdem eine Trennwand 8 auf, die das Lager im Inneren in eine erste Hydraulikkammer 9 und eine zweite Hydraulikkammer 10 aufteilt. Die erste Hydraulikkammer 9 wird demnach begrenzt durch die Trennwand 8, den Tragkörper 4 und das Anschlussstück 5. Die zweite Hydraulikkammer 10 wird ebenfalls durch die Trennwand 8 sowie durch eine Ausgleichsmembran 12 begrenzt.
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Die Ausgleichsmembran ist zwischen der Trennwand 8 und dem zweiten Gehäuseteil 2 fest eingespannt. Die erste Hydraulikkammer 9 und die zweite Hydraulikkammer 10 sind durch einen in der Trennwand 8 angeordneten Drosselkanal 13 fluidführend miteinander verbunden. Die Hydraulikkammern 9 und 10 sowie der Drosselkanal 13 sind mit einem hier nicht gezeigten Fluid gefüllt.
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Das zweite Gehäuseteil 2 weist außerdem eine außerhalb der Ausgleichsmembran 12 angeordnete Ausgleichskammer 14 auf, die über eine Öffnung 15 mit der Umgebung in Verbindung steht und nicht mit dem Fluid der Hydraulikkammern 9 und 10 gefüllt ist.
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In der Trennwand 8 ist eine Entkopplungsmembran 16 angeordnet, die beweglich, aber fluiddicht in der Trennwand 8 gelagert ist. An dem dem ersten Gehäuseteil 1 abgewandten Ende des zweiten Gehäuseteil 2 ist ein Schrittmotor 18 angeordnet und mit dem zweiten Gehäuseteil 2 fest verbunden.
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Aus dem Schrittmotor 18 ragt eine gegen den Schrittmotor drehfeste Gewindespindel 19 durch eine Bohrung 20 in das zweite Gehäuseteil 2. Die Gewindespindel 19 ist über eine hier nicht gezeigte, im Inneren des Schrittmotors 18 durch den Schrittmotor 18 drehbare Mutter in ihrer translatorischen Position verstellbar.
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Das dem Schrittmotor 18 abgewandte Ende der Gewindespindel 19 ist in einem Spindellager 21 fest gelagert, so dass die Gewindespindel 19 gegen das Spindellager 21 weder verdrehbar noch translatorisch bewegbar ist. Das Spindellager ist einerseits mit der Ausgleichsmembran 12, andererseits mit einer konischen Verstellscheibe 22 ebenfalls fest verbunden.
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Die Trennwand 8 weist auf ihrer der zweiten Hyraulikkammer 10 zugewandten Seite eine umlaufende Konusfläche 24 auf, deren größerer Durchmesser in Richtung zur zweiten Hydraulikkammer 10 weist. Außerdem weist die Trennwand 8 in ihrer Mitte eine Gegenlagerung 25 auf, in die ein Lagerzapfen 26 der Verstellscheibe 22 eingreift. Der Lagerzapfen 26 ist gegen die Gegenlagerung 25 translatorisch bewegbar.
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Die Verstellscheibe 22 liegt in ihrer Grundposition an einem Anschlag 27 an, der zwischen der Gegenlagerung 25 und der Verstellscheibe 22 um den Lagerzapfen 26 herum angeordnet ist. Zwischen den radial äußeren Rändern 28 der Verstellscheibe 22 und der Konusfläche 24 ist ein Überstromkanal 30 ausgebildet.
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Der Schrittmotor 18 ist mit einer elektronischen Schaltung 31 über Zuleitungen 32 leitend verbunden, wobei die Schaltung 31 hier nur symbolisch dargestellt ist.
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Das Lager 3 ist durch im ersten Gehäuseteil 1 angeordnete Bohrungen 33 an einer hier nicht gezeigten Karosserie eines Kraftfahrzeuges anschraubbar.
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Schwingt der mit dem Anschlussstück 5 über den Befestigungsbolzen 6 fest verbundene Motor, sind diese Schwingungen über das Anschlussstück 5 und den elastomeren Tragkörper 4 auf das Fluid in der ersten Hydraulikkammer 9 übertragbar. Das Fluid ist bei großen Amplituden und kleinen Frequenzen über den Drosselkanal 13 in die zweiten Hydraulikkammer 10 verdrängbar. Das in die zweite Hydraulikkammer 10 eingeströmte Fluid vergrößert über eine elastische Verformung der Ausgleichmembran 12 das Volumen der zweiten Hydraulikkammer 10. Durch diesen Vorgang werden große Anregungsamplituden, hauptsächlich durch Fahrbahnerregung, bedämpft.
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Bei kleinen Amplituden und hohen Frequenzen, meist durch Motoranregung oberhalb der Leerlauffrequenz überträgt sich die Schwingung durch die Entkopplungsmembran 16 und den verstellbaren Überströmkanal 30 in die zweite Hydraulikkammer 10. Je nach Querschnittsfläche des Überströmkanals 30 ist die der jeweiligen Schwingfrequenz zugeordnete minimale Federrate des Lagers einstellbar.
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Durch Verdrehung der nicht sichtbaren Spindelmutter im Schrittmotor 18 ist die drehfeste Gewindespindel 19 in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Mutter und der Steigung des Spindelgewindes translatorisch verstellbar. Der Drehwinkel der Mutter ist dabei von der elektronischen Schaltung 31 beispielsweise aus der Zündfrequenz des Motors und einem Kennfeld errechenbar und über die Zuleitungen 32 an den Schrittmotor übertragbar.
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Durch den festen Verbund der Gewindespindel 19 mit der Verstellscheibe 22 ist damit auch die Verstellscheibe 22 translatorisch verschiebbar, wodurch der Überströmkanal 30 vergrößerbar und verkleinerbar ist. Dies hat einen vorbestimmbaren Einfluss auf die zu minimierende, frequenzbezogene Federrate des Lagers. Durch die vorgegebene Steigung des Spindelgewindes ergibt sich aus dem errechneten Drehwinkel die exakte translatorische Position der Verstellscheibe 22, so dass ein Sensor zur Bestimmung dieser Position nicht notwendig ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Erstes Gehäuseteil
- 2
- Zweites Gehäuseteil
- 3
- Hydraulisches Lager
- 4
- Elastomerer Tragkörper
- 5
- Anschlussstück
- 6
- Befestigungsbolzen
- 8
- Trennwand
- 9
- Erste Hydraulikkammer
- 10
- Zweite Hydraulikkammer
- 12
- Ausgleichsmembran
- 13
- Drosselkanal
- 14
- Ausgleichskammer
- 15
- Öffnung des zweiten Gehäuseteils 2
- 16
- Entkoppelungsmembrane
- 18
- Schrittmotor
- 19
- Gewindespindel
- 20
- Bohrung für die Gewindespindel 19
- 21
- Spindellager
- 22
- Verstellscheibe
- 24
- Konusfläche als Bypassöffnung
- 25
- Gegenlagerung
- 26
- Lagerzapfen
- 28
- Äußerer Rand der Verstellscheibe 22
- 30
- Überströmkanal
- 31
- Elektronische Schaltung
- 32
- Zuleitungen
- 33
- Befestigungsbohrungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3933252 C2 [0004]
- DE 102008010618 A1 [0006]
