DE102011011328B4

DE102011011328B4 - Aktives Hydrolager mit Piezo-Aktor

Info

Publication number: DE102011011328B4
Application number: DE102011011328.2A
Authority: DE
Inventors: Carsten Schulze
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2010-12-27
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2020-09-03
Anticipated expiration: 2031-02-17
Also published as: DE102011011328A1

Abstract

Aktives, hydraulisch dämpfendes Motorlager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer von einer gummielastischen Kammerwandung (6) umgebenen Arbeitskammer (2) und einer Ausgleichskammer (3), die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind und die über einen Überströmkanal (5) in einer zwischen Arbeitskammer (2) und Ausgleichskammer (3) angeordneten Zwischenplatte (4) miteinander in Verbindung stehen, wobei die Zwischenplatte (4) piezoelektrisch in Schwingungen versetzt werden kann, wobeidas Motorlager ein ringförmiges Piezo-Aktorelement (11) aufweist, das auf eine Oberfläche der Zwischenplatte (4) in dessen Randbereich einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dassdie oberhalb der Zwischenplatte angeordnete Arbeitskammer (2) mit einem gummieelastischen Dichtelement (12) gegenüber der Zwischenplatte abgedichtet ist, wobei das Dichtelement als Rückstellelement des Piezo-Aktorelements wirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives, hydraulisch dämpfendes Motorlager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Piezo-Aktor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei der Motorlagerung eines Kraftfahrzeuges treten neben niederfrequenten Schwingungen im Regelfalle ein mehr oder weniger indifferentes Spektrum hochfrequenter Störschwingungen zusätzlich auf.
Niederfrequente Schwingungen werden in ein Motorlager eines Kraftfahrzeuges vor allem beim Überfahren von Bodenunebenheiten oder beim Anlassen des Motors eingeleitet. Sie bedürfen dringender Dämpfung, wenn eine Amplitudenüberhöhung und eine erhebliche Beeinträchtigung des Fahrkomforts vermieden werden soll.
Hochfrequente Schwingungen des Bereiches zwischen 25 bis 1000 Hz sind bei der Motorlagerung eines Kraftfahrzeuges eine Folge des in der Praxis nur unvollkommen erzielbaren Massenausgleiches der bewegten Motorteile sowie von Eigenfrequenzen der am Motor befestigten Zusatzaggregate und der Antriebseinheit selbst. Diese Schwingungen haben nur eine relativ kleine Amplitude und können sich als Dröhnschwingüngen während der Fahrt recht störend bemerkbar machen. Sie treten insbesondere dann auf, wenn der Motor stärker beansprucht wird. Eine Isolierung solcher Schwingungen durch Kompensation ist deshalb notwendig.
So ist aus der Druckschrift DE 34 33 255 A1 eine Vorrichtung zur elastischen Lagerung eines schwingenden Körper, insbesondere eines Kraftfahrzeugmotors, bekannt, umfassend ein Traglager und ein Auflager, die durch ein Federelement mit einem darin enthaltenen, flüssigkeitsgefüllten Hohlraum verbunden sind, wobei eine mit einem Stellglied versehene Kompensationswand vorgesehen ist, deren Verstellung eine Kompensation der durch Störschwingungen verursachten Druckänderungen der Flüssigkeit ermöglicht. Dabei ist die Kompensationswand den Arbeitsraum selbst begrenzt und überdeckt wenigstens 10 % der Begrenzungsfläche des Arbeitsraumes. Das elektromechanische Stellglied ist durch einen Störschwingungen des Körpers erfassenden Signalgeber betätigbar und der Signalgeber und das Stellglied sind durch eine frei programmierbare Steuer- und Regeleinheit verbunden. Dabei benötigt das elektromechanische Stellglied in der Lagervorrichtung relativ viel Platz und erhöht deren Gewicht.
Weiter zeigt die EP 0 347 666 A2 eine schwingungsdämpfende und schwingungskompensierende Lageranordnung für einen schwingenden Körper, insbesondere für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, mit einem Arbeitsraum und einem Ausgleichsraum, die mit Fluid gefüllt sind. Die Lageranordnung weist eine Steuereinheit auf, die ein mit einem Signalgeber erfassbares Führungssignal des schwingenden Körpers, dem sich Störschwingungen in repräsentativer Weise zuordnen lassen, aufnimmt und nach Verarbeitung des Führungssignales Steuersignale an ein innerhalb der Lageranordnung vorgesehenes und Elemente der Lageranordnung beaufschlagendes Stellglied abgibt, um so eine Kompensation der Störschwingungen zu bewirken. Dabei ist das Stellglied als ein den umgekehrten piezoelektrischen Effekt ausnutzendes Bauteil ausgebildet, welches als Elongator wirkt und mittig auf eine Membran angreift, die Arbeitsraum und Ausgleichsraum voneinander trennt. Dadurch ist das Stellglied relativ groß und weist einen großen Hub auf.
Schließlich ist aus der GB 2 358 900 A ein aktives, hydraulisch dämpfendes Motorlager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bekannt mit einer von einer gummielastischen Umfangswand umgebenen Arbeitskammer und einer Ausgleichskammer, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind und die mittels einer Zwischenplatte voneinander getrennt sind, wobei die Arbeitskammer und Ausgleichskammer über einen Überströmkanal miteinander in Verbindung stehen. Eine Bewegung der Zwischenplatte zur Veränderung des Volumens der Arbeitskammer wird durch zwei ringförmige Piezo-Aktoren bewirkt, die oberhalb und unterhalb der Zwischenplatte an deren Rand angeordnet sind. Dabei ist die synchrone Ansteuerung der beiden Piezoaktoren mit zusätzlichem Aufwand verbunden.
Der Erfindung liegt dabei die Aufgabe zugrunde ein vereinfachtes aktives, hydraulisch dämpfendes Motorlager zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein aktives, hydraulisch dämpfendes Motorlager mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße aktive, hydraulisch dämpfende Motorlager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, weist eine von einer gummielastischen Kammerwandung umgebene Arbeitskammer und eine Ausgleichskammer auf, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind und die über einen Überströmkanal in einer zwischen Arbeitskammer und Ausgleichskammer angeordneten Zwischenplatte miteinander in Verbindung stehen, wobei die Zwischenplatte piezoelektrisch in Schwingungen versetzt werden kann. Dabei umfasst das Motorlager ein ringförmiges Piezo-Aktorelement, das auf eine Oberfläche der Zwischenplatte in dessen Randbereich einwirkt. Auf diese Weise kann mittels nur eines Aktorelements die Zwischenplatte zur Dämpfung hochfrequenter Schwingungen angeregt werden, was das Motorlager in seiner konstruktiven Ausgestaltung und die Ansteuerung des Aktorelements vereinfacht.
Vorzugsweise greift das Piezo-Aktorelement die Zwischenplatte auf der Seite der Ausgleichskammer an, was in der üblichen Gebrauchstellung des Motorlagers der Unterseite der Zwischenplatte entspricht.
Weiter bevorzugt weist das Motorlager U-förmiges Klammer- oder Flanschelement aufweist, welches die Zwischenplatte umgreift und als Stützlager für das Piezo-Aktorelement dient. Dabei kann das Motorlager einen Auflageflansch zur Befestigung des Motorlagers am Chassis aufweisen, wobei das U-förmige Klammerelement in Innern des Auflageflanschs angeordnet sein kann. Andere Befestigungsmöglichkeiten des Motorlagers am Chassis sind möglich.
Insbesondere kann die oberhalb der Zwischenplatte angeordnete Arbeitskammer mit einem gummieelastischen Dichtelement gegenüber der Zwischenplatte abgedichtet sein, wobei das Dichtelement als Rückstellelement des Piezo-Aktorelements wirkt. Vorzugsweise ist das Dichtelement mit der Kammerwandung einstückig ausgelegt und wird mit einem Widerlager gehaltert.
Weiter bevorzugt ist das Piezo-Aktorelement außerhalb der Hydraulikflüssigkeit angeordnet, so dass auf Isolationseigenschaften der Hydraulikflüssigkeit nicht geachtet werden muss. Insbesondere kann das Piezo-Aktorelement außerhalb der Ausgleichskammer angeordnet sein, d.h. auf der Unterseite der Zwischenplatte.
Vorzugsweise wird das Piezo-Aktorelement durch einen Piezoring-Aktor oder durch eine passive Aktorplatte mit mehreren eingebetteten Piezoaktoren gebildet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

1 einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes aktives Hydrolager.

Das erfindungsgemäße aktive, hydraulisch dämpfende Motorlager 1 umfasst eine obere Arbeitskammer 2 und eine untere Ausgleichskammer 3, die jeweils mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt und durch eine Zwischenplatte 4 voneinander getrennt sind. In der Zwischenplatte 4 ist ein Überströmkanal 5 angeordnet, der die Arbeitskammer 2 mit der Ausgleichskammer 3 verbindet und bei Schwingungen niederer Frequenz und großer Amplitude eine Dämpfung durch Reibungsverluste der überströmenden Flüssigkeit bewirkt.
Die obere Arbeitskammer 2 wird von einer starkwandigen und hohlkegelförmigen Kammerwandung 6 aus einem gummielastischen Material umschlossen, die an der oberen Stirnseite von einer Motorlagerplatte 7 mit aufgesetztem Gewindebolzen abgeschlossen wird. Die Kammerwandung 6 der oberen Arbeitskammer wird durch ein Widerlager 8 an ihrem Platz gehalten, wobei die Kammerwandung 6 ein umlaufendes Dichtelement 12 aufweist, das die Arbeitskammer in Verbindung mit dem Randbereich der Zwischenplatte 4 abdichtet. Die untere Ausgleichskammer 3 wird von einer im Wesentlichen topfförmigen Ausgleichskammerwand 9 gebildet, die ebenfalls aus einem gummielastischen Material gebildet ist und gegenüber der Zwischenplatte 4 abdichtet.
Die Arbeits- 2 und Ausgleichskammer 3 wird von einem umlaufenden Auflageflansch 10 umschlossen, der das Widerlager 8 und die Zwischenplatte 4 umgreift sowie die Verbindung zum Chassis herstellt. Für den Umgriff ist der Auflageflansch 10 innen mit einem U-förmigen Flansch- oder Klammerelement 13 versehen. Zur Schwingungserregung der Zwischenplatte 4 ist unterhalb dieser ein an dessen unteren Randbereich angreifendes ringförmiges Piezo-Aktorelement 11 angeordnet, welches sich am Klammerelement 13 abstützt. Dabei kann das Piezo-Aktorelement 11 aus einem Piezo-Ringaktor oder einer ringförmigen passiven Aktorplatte mit mehreren eingebetteten Piezo-Aktoren bestehen. Insbesondere ist das Piezo-Aktorelement 11 außerhalb von Arbeitskammer und Ausgleichskammer, mit anderen Worten außerhalb der hydraulischen Flüssigkeit, angeordnet.
Bezugszeichenliste

1: Hydrolager
2: Arbeitskammer
3: Ausgleichskammer
4: Düsenplatte
5: Ausgleichskanal
6: Kammerwandung
7: Motorlagerplatte
8: Widerlager
9: Ausgleichskammerwand
10 .: Auflageflansch
11: Piezo-Aktorelement
12: Dichtelement
13: Klammerelement

Claims

Aktives, hydraulisch dämpfendes Motorlager, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einer von einer gummielastischen Kammerwandung (6) umgebenen Arbeitskammer (2) und einer Ausgleichskammer (3), die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt sind und die über einen Überströmkanal (5) in einer zwischen Arbeitskammer (2) und Ausgleichskammer (3) angeordneten Zwischenplatte (4) miteinander in Verbindung stehen, wobei die Zwischenplatte (4) piezoelektrisch in Schwingungen versetzt werden kann, wobei das Motorlager ein ringförmiges Piezo-Aktorelement (11) aufweist, das auf eine Oberfläche der Zwischenplatte (4) in dessen Randbereich einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass die oberhalb der Zwischenplatte angeordnete Arbeitskammer (2) mit einem gummieelastischen Dichtelement (12) gegenüber der Zwischenplatte abgedichtet ist, wobei das Dichtelement als Rückstellelement des Piezo-Aktorelements wirkt.
Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezo-Aktorelement (11) die Zwischenplatte (4) auf der Seite der Ausgleichskammer (3) angreift.
Motorlager nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorlager U-förmiges Klammerelement (13) aufweist, welches die Zwischenplatte (4) umgreift und als Stützlager für das Piezo-Aktorelement dient.
Motorlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Motorlager einen Auflageflansch zur Befestigung des Motorlagers am Chassis aufweist, wobei das U-förmige Klammerelement im Innern des Auflageflansches angeordnet ist.
Motorlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (12) mit der Kammerwandung (6) einstückig ausgelegt ist und mit einem Widerlager (8) gehaltert wird.
Motorlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezo-Aktorelement (11) außerhalb der Hydraulikflüssigkeit angeordnet ist.
Motorlager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezo-Aktorelement (11) außerhalb der Ausgleichskammer angeordnet ist.
Motorlager nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Piezo-Aktorelement (11) durch einen Piezoring-Aktor oder durch eine passive Aktorplatte mit mehreren eingebetteten Piezoaktoren gebildet wird.