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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft Motorlager, insbesondere Maßnahmen zum Auslöschen von Schwingungen in einem Motorlager.
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Stand der Technik
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Motorlager dienen der Befestigung des Motors an einem Gehäuse. Das Gehäuse kann beispielsweise die Karosserie eines Fahrzeuges sein.
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Zur Entkopplung der Schwingungen des Motors von den Schwingungen des Gehäuses kann das Motorlager mit einem Schwingungstilger ausgestattet werden. Dabei handelt es sich um einen Aktor, der beispielsweise den Schwingungen des Motors entgegenwirkt und so eine Körperschallminderung erreicht. Auch eine aktive Beeinflussung des Klangbildes ist mit einem Schwingungstilger möglich.
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Herkömmliche Schwingungstilger können aktiv ausgelegt werden. Dazu erfasst eine Regeleinrichtung die auszulöschende Schwingung und steuert den Schwingungstilger derart an, dass er der auszulöschenden Schwingung mit einer Verzögerung, beispielsweise von 180° folgt. Die verzögerte Schwingung entzieht so der auszulöschenden Schwingung Energie und wirkt damit dämpfend.
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Um die auszulöschende Schwingung zu erfassen werden herkömmlich Beschleunigungssensoren eingesetzt, die beispielsweise gehäuseseitig angebracht sind, und die auf die Gehäusestruktur wirkende Beschleunigung messen. Derartige Beschleunigungssensoren für Vorrichtung mit einem Schwingungstilger sind jedoch kostenintensiv und nehmen viel Raum ein.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß sind eine Vorrichtung zum Auslöschen von Schwingungen in einem Motorlager gemäß Anspruch 1 und ein entsprechendes Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch vorgesehen.
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Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Teil der Unteransprüche.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Vorrichtung zum Auslöschen von Schwingungen in einem Motorlager, das zum Befestigen eines Motors an einem Gehäuse vorgesehen ist, folgende Merkmale:
- – einen Schwingungstilger zum Schwingen basierend auf einem Ansteuersignal; und
- – eine Regeleinrichtung
– zum Erfassen der auszulöschenden Schwingung und
– zum Ausgeben des Ansteuersignal derart, dass der Schwingungstilger der auszulöschenden Schwingung mit einer Verzögerung, insbesondere von 180° folgt;
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Erfindungsgemäß ist die Regeleinrichtung zum Erfassen der auszulöschenden Schwingung eingerichtet, die Schwingung des Schwingungstilgers zu erfassen.
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Die obige Vorrichtung geht von der Erkenntnis aus, dass es zur Ableitung des Ansteuersignals für den Schwingungstilger nicht notwendig ist, die Schwingung des Elementes zu erfassen, das für die Schwingung ursächlich ist, sondern dass es ausreicht, das Ansteuersignal aus der Schwingung des Schwingungstilgers selbst abzuleiten. Der Erfindung liegt daher der Gedanke zugrunde, dass die Regeleinrichtung zur Ansteuerung die Bewegung des Schwingungstilgers überwacht und versucht, den Schwingungstilger im Stillstand zu halten. Auf diese Weise werden die Schwingungen des Motorlagers genauso effektiv gedämpft, als wenn zur Ableitung des Ansteuersignals die Schwingung beispielsweise des Gehäuses zugrundegelegt wird, an dem das Motorlager befestigt ist. Der erfindungsgemäße Gedanke ermöglicht es, den die Schwingungen erfassenden Sensor näher an den Schwingungstilger heranzuführen. Beispielsweise kann ein herkömmlicher Beschleunigungssensor nun direkt am Schwingungstilger befestigt werden, wodurch der Beschleunigungssensor nicht mehr außerhalb des Motorlagers sondern platzsparend im Inneren des Motorlagers aufgenommen ist. Ferner reduziert sich der Verkabelungsaufwand, da die Kabel des Schwingungstilgers und des Sensors nun durch einen gemeinsamen Kabelkanal zur Regeleinrichtung geführt werden können. Dadurch wird nicht nur weiterer Bauraum gespart, die Kosten für einen zweiten Kabelkanal entfallen und der Aufbau des Motorlagers wird übersichtlicher, wodurch sich das Motorlager leichter warten lässt.
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Als Sensor zur Erfassung der auszulöschenden Schwingung kann jeder Sensor in Betracht gezogen werden, der geeignet ist, eine Bewegung des Schwingungstilgers zu messen. Dies kann wie bereits erwähnt der herkömmliche jedoch direkt am Schwingungstilger angebrachte Beschleunigungssensor sein. Alternativ kann auch ein Sensor vorgesehen werden, der einen Abstand zwischen dem Schwingungstilger und einem Motorlagergehäuse misst, in dem der Schwingungstilger aufgenommen ist. Derartige Sensoren können piezoelektrisch, basierend auf Licht oder beispielsweise kapazitiv arbeiten.
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In einer Weiterbildung ist der Schwingungstilger ein axial in einer Spule beweglicher magnetisierbarer Stab, wobei die Regeleinrichtung zum Erfassen der Schwingung des Schwingungstilgers eingerichtet ist, die axiale Bewegung des Stabes zu erfassen und wobei das Ansteuersignal ein Strom durch die Spule ist, so dass die Spule eine Bewegungskraft auf den Stab ausübt. Dieser Aufbau erlaubt es, die Bewegung des Schwingungstilgers zum verzögerten Folgen der auszulöschenden Schwingung auf vergleichbar einfache Weise zu steuern.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Hilfsspule, in der der Stab beweglich angeordnet ist, wobei der Regeleinrichtung zum Erfassen der Bewegung des Stabes eingerichtet ist, eine elektrische Größe, insbesondere eine Spannung, der Hilfsspule zu erfassen. Alternativ kann der Regeleinrichtung auch einen Strom oder eine Induktivität der Spule erfassen. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass die Bewegung des magnetisierbaren Stabes die magnetischen Eigenschaften der Hilfsspule verändert und/oder aufgrund von Induktion einen Stromfluss hervorruft. Die Hilfsspule ist nicht nur kostengünstig sondern auch platzsparend.
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Weiterhin kann der Stab im Bereich der Hilfsspule dauerhaft magnetisiert sein. Auf diese Weise werden die von der den Stab antreibenden Spule hervorgerufenen Magnetfeldlinien in der Hilfsspule an den Spulenrand gedrückt, so dass diese Magnetfeldlinien nicht mehr durch den Bewegungsbereich des Stabes geführt sind. Auf diese Weise wird eine Überlagerung der Magnetfeldlinien der den Stab antreibenden Spule und des Stabes vermieden, so dass die Hilfsspule besser die Bewegung des Stabes erfassen kann.
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In einer zusätzlichen Weiterbildung können die Spule und die Hilfsspule aus einer Wicklung gebildet sein, wobei ein erster Teil der Windungen der Wicklung der Spule und ein zweiter Teil der Windungen der Wicklung der Hilfsspule zugeordnet sind. Auf diese Weise muss nur ein einziger Spulendraht bereitgestellt werden, was nicht nur die Materialkosten senkt, sondern auch die Taktzeiten bei der Herstellung der Vorrichtung reduziert, da der Aktor und der Sensor der Vorrichtung gemeinsam in einem Schritt montiert werden können.
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In einer anderen Weiterbildung können die Hilfsspule und die Spule durch einen Weicheisenkörper voneinander getrennt sein, wodurch der Einfluss der Spule auf die Hilfsspule weiter reduziert wird.
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In einer weiteren Ausbildung kann die Vorrichtung eine Membran zum Spannen an einem Motorlagergehäuse und zum Tragen des Stabes umfassen. Diese Membran dämpft die auszulöschenden Schwingungen weiter und hilft so, die Wirkung des Schwingungstilgers zu erhöhen.
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Weiterhin kann die Vorrichtung eine parallel zur Membran angeordnete elektrisch leitfähige Platte auf einer Seite der Membran umfassen, auf der der Schwingungstilger angeordnet ist, wobei die Membran elektrisch leitfähig und die Regeleinrichtung zum Erfassen der Schwingung des Schwingungstilgers eingerichtet ist, die aus der Membran und der Platte gebildete Kapazität zu erfassen. Auf diese Weise ist ein alternatives oder zusätzliches Messsystem zum Erfassen der Schwingungstilgerbewegung bereitgestellt, die nicht nur vom Einfluss des Aktors auf den Schwingungstilger unabhängig ist, es können auch zwei unabhängige Messsystem voneinander eingesetzt werden, um die Bewegung des Schwinungstilgers fehlerfreier zu erfassen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst ein Motorlager zum Befestigen eines Motors an einem Gehäuse eine angegebene Vorrichtung zum Auslöschen von Schwingungen, die insbesondere durch den Motor hervorgerufen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Auslöschen von Schwingungen in einem Motorlagers, das zum Befestigen eines Motors an einem Gehäuse vorgesehen ist folgende Schritte:
- – Erfassen der Schwingung eines Schwingungstilgers, der zum Schwingen basierend auf einem Ansteuersignal eingerichtet ist; und
- – Ausgeben des Ansteuersignal derart, dass der Schwingungstilger der auszulöschenden Schwingung mit einer Verzögerung, insbesondere von 180° folgt.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Strukturdiagramm einer Vorrichtung gemäß der Erfindung;
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2 eine schematische Ansicht eines Motorlagers mit einem Schwingungstilger und einem ersten Sensor;
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3 eine schematische Ansicht des Motorlagers mit dem Schwingungstilger und einem zweiten Sensor; und
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4 eine schematische Ansicht des Motorlagers mit dem Schwingungstilger und einem dritten Sensor;
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Beschreibung von Ausführungsformen
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In 1 ist ein Strukturdiagramm einer Vorrichtung 2 gemäß der Erfindung gezeigt.
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Die Vorrichtung 2 umfasst eine Regeleinrichtung 4 und einen Schwingungstilger 6. Die Regeleinrichtung 4 ist zum Erfassen einer schwingenden Bewegung 8 des Schwingungstilgers 6 und zum Ausgeben eines Ansteuersignals 10 zum Steuern der schwingenden Bewegung 8 des Schwingungstilgers 6 gemäß einem Führungssignal 12 vorgesehen. Da in der Regel jedoch die schwingende Bewegung des Schwingungstilgers 6 und damit Schwingungen des Motorlagers vollständig unterbunden werden sollen, kann auf ein Führungssignal 12 auch verzichtet werden.
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Die Regeleinrichtung 4 umfasst einen Sensor 14, der die schwingende Bewegung 8 des Schwingungstilgers 6 erfasst und basierend darauf ein Bewegungssignal 16 ausgibt. Das Bewegungssignal 16 wird dem Führungssignal 12 beispielsweise durch Subtrahieren in einem Subtraktionsglied 18 gegenübergestellt. Eine daraus resultierende Regeldifferenz 20 wird einem Regler 22 zugeführt, der basierend auf der Regeldifferenz 20 das Ansteuersignal 10 bestimmt. Ist kein Führungssignal 12 vorgesehen, so kann das Bewegungssignal 16 auch direkt in den Regler 22 geführt werden. Der Regler 22 der Vorrichtung 2 ist ein dem Fachmann bekanntes Element und wird daher nachstehend nicht weiter beschrieben.
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Im Betrieb gibt der Regler 22 das Ansteuersignal 10 derart aus, dass die Bewegung 8 des Schwingungstilgers 6 entweder dem Führungssignal 12 folgt, oder dass die schwingende Bewegung 8 des Schwingungstilgers 6 vollständig unterbunden wird. Dazu kann der Schwingungstilger 6 basierend auf dem Ansteuersignal 10 seiner eigenen schwingenden Bewegung 8 mit einer bestimmten Verzögerung folgen. Weist die Verzögerung beispielsweise 180° auf, so löscht der Schwingungstilger 6 seine eigene schwingende Bewegung 8 und damit Schwingungen des Motorlagers vollständig aus.
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Nachstehend wird anhand der 2 bis 4 auf den Schwingungstilger 6 und auf den Sensor 14 näher eingegangen.
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In 2 ist eine schematische Ansicht eines Motorlagers 24 mit dem Schwingungstilger 6 und einem ersten Beispiel für den Sensor 14 gezeigt. In 2 werden zu 1 gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal beschrieben.
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Das Motorlager 24 enthält den Schwingungstilger 6 und den Sensor 14, befestigt einen nicht gezeigten Verbrennungsmotor an einem nicht gezeigten Chassis eines nicht gezeigten Fahrzeuges und weist einen motorseitigen Montagezapfen 26 und einen chassisseitigen Montagezapfen 28 auf.
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Der motorseitige Montagezapfen 26 ist an einem Elastomergehäuse 30 befestigt, das einen Hohlraum 32 aufweist. An der in die Zeichnungsebene hinein betrachteten Unterseite des Elastomergehäuses 30 schließt sich ein Metallgehäuse 34 ebenfalls mit einem Hohlraum 36 an. Der Hohlraum 32 des Elastomergehäuses 30 und der Hohlraum 36 des Metallgehäuses 34 sind durch eine elastische Membran 38 voneinander getrennt. Der Hohlraum 32 des Elastomergehäuses 30 ist ferner mit einem Hydrauliköl ausgefüllt. Durch die Massenträgheit des Hydrauliköls und die elastischen Eigenschaften des Elastomergehäuses 30 werden wirksam hochfrequente Schwingungen aus dem Verbrennungsmotor gedämpft und so eine Körperschallminderung erreicht.
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Zur Dämpfung niederfrequenter Schwingungen weist das Motorlager den Schwingungstilger 6 auf. Der Schwingungstilger 6 umfasst einen durch eine Spule 40 bewegbaren magnetisierbaren Stab 42, der in der Spule 40 gelagert ist und durch eine Bestromung der Spule 40 bewegt werden kann. Die Bestromung erfolgt durch den Regler 22, so dass der der Spule 40 zugeführte Strom dem Ansteuersignal 10 entspricht. Wenn die Schwingungen des Schwingungstilgers 6 und damit des Stabes 42 vollständig ausgelöscht werden sollen, so wird die Spule 40 durch den Regler 22 immer derart bestromt, dass eine durch den Strom und damit dem Ansteuersignal 10 hervorgerufene Bewegungskraft auf den Stab 42 einer aktuellen Bewegung des Stabes 42 entgegen gerichtet ist, so dass dieser sich im Idealfall nicht bewegen kann.
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Zur Erfassung der Bewegung 8 des Schwingungstilgers 6 und damit der Bewegung 8 des Stabes 42 weist der Sensor 14 eine Hilfsspule 44 auf, in die der Stab 42 ebenfalls eingetaucht ist. Durch die Bewegung des Stabes 42, wird in der Hilfsspule 44 ein Strom induziert, der als Bewegungssignal 16 an den Regler 22 oder an das Subtraktionsglied 18 zur weiteren Bearbeitung ausgegeben werden kann, um das Ansteuersignal 10 in der bereits erwähnten Art und Weise zu erzeugen. Die Spule 40 und die Hilfsspule 44 können aus einer einzigen Wicklung hergestellt werden, wobei diese Wicklung in der in 2 gezeigten Weise angezapft ist.
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Besonders bevorzugt ist wenigstens im Bereich der Hilfsspule 44 am Stab 42 ein Dauermagnet mit einem Nordpol 46 und einem Südpol 48 angebracht, die in Bewegungsrichtung des Stabes 42 ausgerichtet sind. Der Dauermagnet 46, 48 bewirkt, dass die durch die Spule 40 erzeugten (nicht gezeigten) magnetischen Feldlinien aus dem Inneren der Spule 40 verdrängt werden, so dass die Hilfsspule 44 die Bewegung des Stabes 42 und damit des Dauermagneten 46, 48 störungsfreier erfassen kann.
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Optional kann am Metallgehäuse 34 weiterhin chassisseitig ein Beschleunigungssensor 50 angebracht werden, dessen erfasstes Bewegungssignal durch die Regelungseinrichtung 4 in bekannter Weise ebenfalls mit berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise kann die Schwingungstilgung des Motorlagers 24 gesteigert werden.
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In 3 ist eine schematische Ansicht eines Motorlagers 24 mit dem Schwingungstilger 6 und einem zweiten Beispiel für den Sensor 14 gezeigt. In 3 werden zu 1 und 2 gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und auf deren Beschreibung zur Vermeidung von Wiederholungen verzichtet.
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Im Gegensatz zum Motorlager 24 der 2 ist im vorliegenden Motorlager 24 der Sensor 14 nicht am Ende des Stabes 42 sondern zwischen der Spule 40 und der elastischen Membran 38 angebracht.
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Um das magnetische Feld der Spule 40 vor der Hilfsspule 44 abzuschirmen, weist der Sensor 14 zwischen der Spule 40 und der Hilfsspule 44 einen Weicheisenring 52 auf, so dass der Einfluss der Spule 40 auf die Hilfsspule 44 weiter reduziert und die Qualität des Bewegungssignals 16 weiter verbessert wird.
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Im Übrigen wirkt das in 3 gezeigte Motorlager 24 wie das Motorlager 24 der 2.
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In 4 ist eine schematische Ansicht eines Motorlagers 24 mit dem Schwingungstilger 6 und einem dritten Beispiel für den Sensor 14 gezeigt. In 4 werden zu den 1 bis 3 gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal beschrieben.
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In 4 wird für den Sensor 14 statt der Hilfsspule 44 ein Kondensator verwendet, dessen erste Platte durch die Membran 38 realisiert ist, die in der vorliegenden Ausführung elektrisch leitfähig ausgestaltet ist. Die zweite Kondensatorplatte 54 ist auf einer isolierenden Halteeinrichtung 56 aufgesetzt und weist in der Mitte eine Durchtrittsöffnung 58 für den Stab 42 auf. Die Halteeinrichtung 56 kann an ihrer Wand ebenfalls eine Durchtrittsöffnung 60 aufweisen, um die Bedrahtung zur Bestromung der Spule 40 durchzuführen.
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Im Betrieb kann an die beiden Platten 38, 54 beispielsweise durch den Regler 22 eine Spannung angelegt werden. Durch die schwingende Bewegung 8 des Stabes 42 und der damit schwingenden Bewegung der Membran 38, die gleichzeitig eine Kondensatorplatte ist, ändert sich die Dielektrizität des Kondensators und ruft einen Stromfluss hervor. Dieser Stromfluss kann gemessen und als Bewegungssignal 16 an den Regler 22 ausgegeben werden.
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Erfindungsgemäß wird zum Auslöschen von Schwingungen mit einem Schwingungstilger die Schwingung des Schwingungstilgers selbst erfasst, um die verzögerte Gegenschwingung für den Schwingungstilger zu bestimmen.
