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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur schwingungsisolierenden Befestigung eines Aggregats eines Bremsregelsystems an einem Fahrzeugteil, umfassend eine Halterung, die eine Aufnahme für das Aggregat und Befestigungsmittel zur Anbringung der Halterung an dem Fahrzeugteil aufweist. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Fahrzeug mit einer solchen Anordnung.
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Kraftfahrzeuge sind heutzutage serienmäßig mit hydraulisch regelbaren Brems-, Stabilitäts- oder Traktionssystemen ausgestattet, von denen insbesondere Antiblockiersysteme (ABS), Antischlupfregelung (ASR) und Elektronische Stabilitätsprogramme (ESP) sehr geläufig sind und die im Kontext der Erfindung im Folgenden als Bremsregelsysteme bezeichnet werden. Solche Bremsregelsysteme erhalten typischerweise über Raddrehzahlsensoren Informationen über die momentane Raddrehzahl und können damit dem Durchdrehen der Räder beim Bremsen, Beschleunigen, bei der Fahrt in Kurven oder auf rutschigem Untergrund entgegenwirken. Dabei kann mittels eines Hydraulikaggregats die Brems- oder Antriebskraft bei den einzelnen Rädern individuell durch einen Regelkreis gesteuert und gegebenenfalls optimal verteilt werden.
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Die Hydraulikaggregate sind in der Regel kompakte Bauelemente, welche eine Pumpe, einen elektrischen Antrieb und Ventile umfassen. Durch den Betrieb derartiger Hydraulikaggregate entstehen jedoch Schwingungen und Körperschall, welcher beispielsweise über eine Halterung, mit welcher das Hydraulikaggregat am Fahrzeug befestigt ist, auf andere Bauteile des Fahrzeugs übertragen wird. Ein Körperschall, welcher jedoch auf andere Fahrzeugbauteile übertragen wird, macht sich als Geräusch sowohl innerhalb als auch außerhalb des Fahrzeugs bemerkbar. Weiterhin kann der Körperschall auch über die am Hydraulikaggregat vorhandenen Anschlüsse und Leitungen übertragen werden. Da bei heutigen Fahrzeugen die Anforderungen hinsichtlich der Verringerung der Geräuschemission immer größer werden, muss insbesondere eine Übertragung des Körperschalls in den Fahrzeuginnenraum verhindert werden, damit keine negativen Auswirkungen auf die Benutzer des Fahrzeugs auftreten.
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Bisherige Lösungen sehen insbesondere Halterungen aus formstabilen, unnachgiebigen Blechen vor, die aus einem Unterteil, einem darauf befestigtem Oberteil sowie dazwischen angeordneten Dämpfungselementen bestehen, wobei das Aggregat an oder auf dem Oberteil befestigt wird und das Unterteil an die Karosserie des Fahrzeugs geschraubt oder geschweißt wird. Die Dämpfungselemente sind typischerweise aus einem nachgiebigen Material wie z. B. Gummi.
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Die
DE 39 28 059 C1 beschreibt eine schwingungsisolierende ABS-Lagerung, die an die Karosserie eines Fahrzeugs geschweißt ist. Sie sieht eine Halterung mit drei topfförmigen Vertiefungen zur Aufnahme von Gummipuffern vor, in denen das ABS-Teil mit Lagerzapfen gelagert ist.
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Die
DE 40 15 561 A1 beschreibt eine ABS-Montage- und Fixiereinrichtung mit mindestens drei schwingungsisolierenden Gummilagern zwischen der ABS-Einheit und der Befestigungskonsole. Die Konsole wird als einteiliges Blechstück vorgeschlagen, nach dessen Fixierung an der Karosserie sämtliche konsolenfeste Lagerelemente auch in ihrer Soll-Lage fixiert sind. In der Druckschrift werden Verbesserungen für die Gummilager, d. h. für die Lagerschale, die Lagerachse und das Pufferelement vorgeschlagen, ohne strukturelle Veränderungen der Konsole als solches vorzunehmen.
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Inder
DE 102 97 051 T5 ist eine Halterung für eine elektrohydraulische Steuereinheit beschrieben, insbesondere für eine ABS-Einheit, mit einer äußeren Stützstruktur aus einem unnachgiebigem Material (z. B. Stahlblech) und einer Schicht aus nachgiebigem Material (z. B. Gummi) zwischen der Stützstruktur und der Steuereinheit zur Absorption von Schwingungen und Geräuschen. Es ist eine Befestigung der Steuereinheit mit dem Halter mittels Schraubverbindungen vorgesehen, die Zwischenschicht des nachgiebigem Materials ist vorteilhafterweise mit der Stützstruktur verklebt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zur schwingungsisolierenden Befestigung der eingangs genannten Art mit einer höheren Bauteileintegration anzugeben, so dass die Montage erleichtert, die Bauteilevielfalt reduziert und eine Gewichtsreduktion erreicht wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Halterung aus Kunststoff besteht und zwischen dem Befestigungsmittel und der Aufnahme ein Zwischenstück so ausgebildet ist, dass es die Gewichtskraft des Aggregats aufnimmt und das Aggregat schwingungsisoliert an dem Fahrzeugteil lagert. Durch die Materialwahl von Kunststoff für die Halterung kann auf einen mehrteiligen Aufbau der Anordnung mit gesonderten Dämpfungselementen verzichtet werden, da die Dämpfungseigenschaften des Kunststoffs für die Schwingungsisolierung ausreichen. Ferner ist eine Gewichtsreduzierung gegenüber herkömmlichen Halterungen aus Stahlblechen möglich. Die statische Stabilität wird durch die Strukturgebung der Halterung mit dem Zwischenstück verbessert, insbesondere auch, um damit den Unterschied der Materialeigenschaften von Kunststoff gegenüber Stahl zu kompensieren.
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Die Materialwahl ermöglicht vorteilhafterweise, dass die Halterung als einteiliges Kunststoffstück ausgebildet ist. Sie kann beispielsweise nach gängigen Verfahren des Spritzgießens oder der Extrusion gefertigt werden. Hierdurch können die Herstellungskosten gering gehalten werden. Außerdem wird eine relativ freie Gestaltungsmöglichkeit bei der Formgebung ermöglicht, so dass die gesamte Anordnung zur schwingungsisolierenden Befestigung möglichst platzsparend in den zur Verfügung stehenden Raum, typischerweise im Motorraum des Fahrzeugs, eingebaut werden kann.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass zwischen der Aufnahme und dem Aggregat eine formschlüssige Verbindung gebildet ist. Vorteilhafterweise umfasst die Aufnahme eine Aussparung, in die ein aus dem Aggregat hervortretendes Montagemittel eingreift. Kunststoff ist für eine solche Verbindung geeignet, da ein guter Kompromiss zwischen einerseits hinreichend hoher Festigkeit und andererseits genügender Elastizität gefunden werden kann, so dass geringere Anforderungen an die Fertigungstoleranzen als für aus Stahlblech gefertigte Teile gestellt werden können. In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung kann beispielsweise ein aus dem Aggregat hervortretender Kopf einer Schraube in eine Aussparung in der Aufnahme einrasten. Hierdurch können konstruktionsbedingte Hervortretungen aus dem Aggregat einfach für die formschlüssige Verbindung in die Aufnahme der Halterung dienen, wodurch Verbindungselemente eingespart werden können und die Montage vereinfacht werden kann.
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Unter Umständen kann auf eine zusätzliche Dämpfung zwischen dem Aggregat des Bremsregelsystems und der Halterung verzichtet werden, weil die Schwingungen des Aggregats wegen der Materialwahl und der Strukturgebung der Halterung bereits ausreichend aufgefangen und nach außen hin isoliert werden. Es kann aber zusätzlich vorgesehen sein, dass zwischen einer Fläche der Aufnahme und dem Aggregat ein Dämpfungselement angeordnet ist. Dies ist besonders dann sinnvoll, wenn durch die geometrischen Vorgaben im Motorraum keine zufriedenstellende Lösung allein auf Basis der zuvor genannten Merkmale erreicht werden kann, oder wenn eine noch bessere Schwingungsisolierung gefordert ist. Das Dämpfungselement kann dabei typischerweise als streifenförmige oder gitterförmige Struktur oder als dünne Schicht ausgestaltet sein und beispielsweise aus einem sehr nachgiebigen, elastischen Material wie z. B. aus Gummi gefertigt sein.
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Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeug mit einer solchen Anordnung zur schwingungsisolierenden Befestigung eines Aggregats eines Bremsregelsystems ausgestattet, wobei die Halterung so an dem Fahrzeugteil befestigt ist, dass vorteilhafterweise das Zwischenstück der Halterung im Wesentlichen vertikal ausgerichtet ist. Ferner kann das Zwischenstück eine Rippen- und/oder Kreuzstruktur aufweisen. Dadurch kann das Gewicht bei fast gleicher Tragkraft deutlich reduziert werden und der Elastizitätstensor der Halterung an die zu dämpfenden Schwingungen angepasst werden. Eine Rippenstruktur verleiht die nötige Festigkeit oder Steifigkeit in vertikaler Richtung, während eine Kreuzstruktur neben der vertikalen Dämpfung auch für laterale Steifigkeit sorgt.
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Vorteilhafterweise ist bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug die Halterung durch die Befestigungsmittel über eine bündige Anlage fest an einem Fahrzeugteil fixiert und das Zwischenstück erstreckt sich an der Seite, die von der Anlage an dem Fahrzeugteil abgewandt ist, bogen- oder sichelförmig von dem Fahrzeugteil weg. Hierdurch können die Schwingungen aus dem Aggregat besonders gut von der Halterung aufgenommen werden, ohne sie an die Karosserie des Fahrzeugs weiterzugeben. Die bündige Anlage kann dabei flächig ausgebildet sein oder eine geeignete Struktur, beispielsweise eine Rippenstruktur, aufweisen. Die Befestigungsmittel können beispielsweise durch Aussparungen oder Ausstülpungen in der Halterung gebildet werden, in die Befestigungselemente eingreifen.
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Die Anordnung zur schwingungsisolierenden Befestigung wird typischerweise im Motorraum des Fahrzeugs montiert. Bei der Bestimmung der Montageposition während der Fahrzeugentwicklung ist allerdings zu berücksichtigen, dass es mancherorts im Motorraum zu großer Hitzeentwicklung kommt, die sich nachteilig auf die Materialhaltbarkeit der Halterung auswirken kann oder sogar außerhalb des zugelassenen Temperaturbereichs des Bremsregelsystem-Aggregats liegen kann. Daher ist in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, dass an der Halterung eine Hitzeabschirmung gegen im Fahrzeug generierte Hitze formschlüssig befestigt ist. Die Integration einer Hitzeabschirmung, die als separates Bauteil beispielsweise einfach in geeignete Aussparungen in der Kunststoffhalterung einrastet, ist damit ohne weitere Verbindungselemente möglich.
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Der Kunststoff, aus dem die Halterung gefertigt ist, ist typischerweise ausgewählt unter Polyamiden (PA), Acrylonitrile-Styrene-Acrylestern (ASA), Acrylnitrilbutadienacrylaten (ABS), Polybutylenterephthalaten (PBT), Polyoxymethylenen (POM), Polysulfonen, oder Mischungen zweier oder mehrerer Komponenten davon. Im Test haben sich insbesondere Polyamide, z. B. Polyamid 6-6, sowie Mischungen davon mit Acrylnitrilbutadienacrylaten als vorteilhaft herausgestellt.
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Die Schwingungsisolierung kann mit dem verallgemeinerten Hookeschen Gesetz beschrieben werden: σ = Cε, wobei C der Elastizitätstensor vierter Stufe ist, der die elastischen Eigenschaften der durch Längs- und Querkräfte deformierten Materie kennzeichnet.
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Beider Schwingungsisolierung werden Schwingungen aus dem Aggregat des Bremsregelsystems mittels der Halterung nicht vollständig auf die Fahrzeugkarosserie übertragen. Dabei spielt die Eigenfrequenz des Systems, das durch das in der Halterung befestigte Aggregat gebildet wird, eine entscheidende Rolle, da Schwingungsisolierung erst für Frequenzen größer als das √2-fache der Eigenfrequenz auftritt. Gleichzeitig wird das Isolierungsverhalten durch die Dämpfung der Halterung beeinflusst. Je höher die Dämpfung ist, desto geringer ist die isolierende Wirkung.
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Die der Berechnung der Schwingungsisolation zugrundeliegende Übertragungsfunktion lautet:
wobei η dem Verhältnis der Eigenfrequenz des Systems zu der zu isolierenden Schwingung entspricht und D ein von dem Elastizitätstensor C abhängiger Dämpfungsterm ist.
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Für eine möglichst gute Schwingungsisolierung im Fahrzeug ist die Halterung daher typischerweise derart ausgestaltet, dass die durch die Masse des Aggregats und den Elastizitätstensor der Halterung definierten Resonanzfrequenzen des aus der Halterung und dem Aggregat gebildeten Systems unterhalb der zu isolierenden Schwingungsfrequenzen, vorteilhafterweise unterhalb dem √2-fachen der zu isolierenden Schwingungsfrequenzen liegen, die beim Betrieb des Aggregats auftreten.
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Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug zu den Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine explodierte Ansicht einer Anordnung einer schwingungsisolierenden Befestigung eines Aggregats eines Bremsregelsystems an einem Fahrzeugteil nachdem Stand der Technik,
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2a zeigt eine explodierte Ansicht einer schwingungsisolierenden Befestigung eines Aggregats eines Bremsregelsystems an einem Fahrzeugteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung,
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2b zeigt die schwingungsisolierende Befestigung eines Aggregats eines Bremsregelsystems aus 2a mit dem in der Aufnahme der Halterung eingerasteten Aggregat und
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3 zeigt eine Weiterbildung des in 2a gezeigten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Hitzeabschirmung.
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Die 1 zeigt eine explodierte Ansicht einer Anordnung 30 einer schwingungsisolierenden Befestigung eines Aggregats 20 eines Bremsregelsystems an einem Fahrzeugteil nach dem Stand der Technik. Das Aggregat 20 ist an einem Oberteil 31 aus unnachgiebigem Material, z. B. einem Stahlblech, befestigt. An der Unterseite des Oberteils 31 greifen Zapfen 35 durch die Löcher von ringförmigen Dämpfungselementen 33 in Löcher auf der Oberseite eines Unterteils 32, so dass das Oberteil 31 und das Unterteil 32 schwingungsisolierend miteinander verbunden sind. Die Dämpfungselemente 33 sind typischerweise aus einem nachgiebigen Material wie z. B. Gummi gefertigt. Das Unterteil 32 wird mittels Befestigungsmitteln 34 an die Karosserie des Fahrzeugs geschraubt, genietet oder alternativ durch eine Schweißverbindung an dem Fahrzeug befestigt.
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In den 2a und 2b ist eine schwingungsisolierende Befestigung eines Aggregats 20 eines Bremsregelsystems an einem Fahrzeugteil gemäß einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Der einzige Unterschied zwischen beiden 2a und 2b besteht darin, dass das Aggregat 20 in der 2a von der Halterung 10 losgelöst und in der 2b mit dieser formschlüssig verbunden ist. Die folgende Beschreibung bezieht sich je nach dem beschriebenen Detail auf wahlweise eine der beiden oder beide Figuren, ohne gesondert darauf hinzuweisen.
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Die Halterung 10 besteht aus einem einteiligen Kunststoffstück, dessen Hauptbestandteil Polyamid 6-6 ist. Sie weist am oberen Ende eine Aufnahme 11 für das Aggregat 20 auf. In der Aufnahme 11 sind Aussparungen 14 vorgesehen, in die aus dem Aggregat 20 hervortretende Montagemittel 21, im gezeigten Ausführungsbeispiel Köpfe von Schrauben, die die Rückplatte des Aggregats 20 mit dessen Vorderseite zusammenhalten, in einer formschlüssigen Verbindung einrasten können.
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In die Auflagefläche der Aufnahme 11 ist ein Dämpfungselement 15 z. B. mittels Verkleben eingelassen und befestigt. Das Dämpfungselement 15 besteht aus einem 2–3 mm dicken Gummistreifen und dient einer Basisdämpfung über den gesamten Frequenzbereich für in dem Aggregat 20 erzeugte Schwingungen.
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Am unteren Ende der Halterung 10 sind Befestigungsmittel 12 in Form zweier Löcher vorgesehen, durch die die Halterung 10 an einer Innenwand im Motorraum durch z. B. Verschrauben oder Vernieten angebracht werden kann. Das untere Ende der Halterung 10 läuft nach unten hin flach zu An der Rückseite ist eine bündige Anlage 17 so ausgebildet, dass diese beider Montage an der Innenwand im Motorraum an dieser fest fixiert werden kann. Die bündige Anlage 17 wird in diesem Fall durch eine Stegstruktur mehrerer vertikaler und horizontaler Stege gebildet.
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In der Halterung 10 ist ein Zwischenstück 13 ausgebildet, auf dessen Rückseite eine Kreuz- und Rippenstruktur 16 ausgebildet ist. Auf der Vorderseite, also an der Seite, die von der Anlage 17 an der Innenwand im Motorraum abgewandt ist, erstreckt sich das Zwischenstück 13 bogen- oder sichelförmig von der Innenwand weg in den Motorraum und vertieft sich nach oben, bis es in der Unterseite der Aufnahme 11 mündet. Das Zwischenstück 13 ist somit so ausgebildet, dass es die Gewichtskraft des Aggregats 20 aufnehmen kann und das Aggregat 20 schwingungsisolierend an der Innenwand im Motorraum gelagert werden kann.
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Die Vertiefung des Zwischenstücks 13 sowie die darin ausgebildete Kreuz- und Rippenstruktur 16 kann unter Berücksichtigung des ausgewählten Kunststoffs dabei so dimensioniert werden, dass der Elastizitätstensor der Halterung 10 auf die Masse des Aggregats 20 so abgestimmt ist, dass die zu isolierenden Schwingungsfrequenzen, die beim Betrieb des Aggregats 20 auftreten, oberhalb der Resonanzfrequenzen des aus der Halterung 10 und dem Aggregat 20 gebildeten Systems liegen.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Weiterbildung der in 2a gezeigten erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt. Eine Hitzeabschirmung 25 kann in einfacher Weise an der Halterung 10 befestigt werden, um das Aggregat 20 gegen im Motorraum entwickelte Hitze zu schützen. Die Hitzeabschirmung 25 besteht im gezeigten Beispiel aus einem gebogenen Schirm mit Auswölbungen 26a und 26b an dessen unteren Kante. Bei der Montage kann die Auswölbung 26a einfach in eine Nut 18a an der seitlichen Fläche der Halterung 10 und die Auswölbung 26b in analoger Weise in eine aus perspektivischen Gründen nicht dargestellte Nut an der Vorderseite der Halterung 10 eingerastet werden. Die Materialwahl von Kunststoff für die Halterung 10 begünstigt, dass ohne größeren Aufwand Aussparungen wie die Nut 18a vorgesehen werden können. Insbesondere kann die Hitzeabschirmung 25 bei Bedarf auch zu einem späteren Entwicklungsstadium des Fahrzeugs leichter hinzugenommen oder modifiziert werden, da zur Anbringung der Hitzeabschirmung 25 kein großer Bauraum benötigt wird und durch die formschlüssige Verbindung keine großen Anforderungen an das Montagekonzept gestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Halterung
- 11
- Aufnahme
- 12
- Befestigungsmittel
- 13
- Zwischenstück
- 14
- Aussparung
- 15
- Dämpfungselement
- 16
- Rippen-/Kreuzstruktur
- 17
- bündige Anlage
- 18a
- Nut
- 20
- Aggregat
- 21
- Montagemittel
- 25
- Hitzeabschirmung
- 26a, b
- Auswölbungen
- 30
- Anordnung
- 31
- Oberteil
- 32
- Unterteil
- 33
- Dämpfungselement
- 34
- Befestigungsmittel
- 35
- Zapfen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 3928059 C1 [0005]
- DE 4015561 A1 [0006]
- DE 10297051 T5 [0007]
