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Die Erfindung betrifft ein Hydrolager mit einer Tragfeder, einer von der Tragfeder zumindest teilweise umschlossenen Arbeitskammer, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, einer Steuermembran, die zur Veränderung eines Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer ausgebildet ist, und einem elektromagnetischen Aktor zum Auslenken der Steuermembran, wobei der Aktor einen Stator und einen in Längsrichtung des Stators beweglichen Anker umfasst, der Anker mit der Steuermembran mechanisch verbunden ist, der Stator ein Statorleitelement aus ferromagnetischem Material aufweist, das Statorleitelement einen sich in Querrichtung des Stators erstreckenden, oberen Statorkragen und einen sich in Querrichtung des Stators erstreckenden, unteren Statorkragen aufweist, der Anker ein Ankerleitelement aus ferromagnetischem Material aufweist, das Ankerleitelement einen sich in Querrichtung des Stators erstreckenden, oberen Ankerkragen und einen sich in Querrichtung des Stators erstreckenden, unteren Ankerkragen aufweist, der obere Statorkragen und der obere Ankerkragen einander zugewandt sind, und der untere Statorkragen und der untere Ankerkragen einander zugewandt sind.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das einen Fahrzeugrahmen, einen Motor und ein als Hydrolager ausgebildetes Motorlager umfasst, das eine lagernde Verbindung zwischen dem Motor und dem Fahrzeugrahmen herstellt.
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Hydrolager, die auch als Hydrauliklager bezeichnet werden, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen zur elastischen Abstützung von Aggregaten, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren. Mit Hilfe derartiger, sich z. B. zwischen einem Motor und einem Chassis eines Kraftfahrzeugs befindenden Hydrolagern soll einerseits verhindert werden, dass sich Motor-Vibrationen auf das Chassis übertragen und andererseits sollen die mit dem Fahrbetrieb gegebenen Erschütterungen des Chassis nicht oder nur gedämpft vom Chassis an den Motor gelangen können. Dabei ist der bekannte Konflikt in der Schwingungsisolation zu beachten, der darin besteht, dass das Lager einerseits möglichst steif sein soll, um hohe Lasten bzw. Lagerkräfte aufnehmen zu können, und andererseits eine weiche Charakteristik aufweisen muss, um entstehende Schwingungen über einen möglichst breiten Frequenzbereich möglichst zu isolieren.
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In ihrer Grundversion weisen derartige Hydrauliklager üblicherweise ein Gummielement als Tragfeder auf. Das Gummielement ist oft als Hohl-Konus ausgebildet. Die Tragfeder kann somit eine Mantelwandung der Arbeitskammer bilden. An der oberen, spitzen Stirnseite des Hohl-Konuses ist eine obere Abdeckung vorgesehen, an der ein Anschlusselement zur Befestigung des Motors angebracht ist. Das Anschlusselement ist für gewöhnlich ein Gewindebolzen, der mit dem Motor verschraubt werden kann.
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Das Hydrolager umfasst für gewöhnlich mindestens zwei Kammern, nämlich die genannte Arbeitskammer und eine Ausgleichskammer. In Längsrichtung des Hydrolagers ist die Ausgleichskammer für gewöhnlich unterhalb der Arbeitskammer angeordnet. Um die Arbeiterkammer und die Ausgleichskammer voneinander zu trennen, kann zwischen der Ausgleichskammer und der Arbeitskammer eine Trennwand angeordnet sein. Außerdem kann ein zwischen der Arbeitskammer und der Ausgleichkammer ausgebildeter Drosselkanal zum Austausch von Hydraulikflüssigkeit vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der Drosselkanal zumindest abschnittsweise von der Trennwand ausgebildet. Alternativ kann der Drosselkanal auch von der Trennwand getrennt ausgebildet sein. Die Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer, der Ausgleichskammer und dem Drosselkanal bildet vorzugsweise das gesamte Hydraulikvolumen des Hydrolagers, sofern in Sonderausführungen nicht weitere Zusatzvolumina vorgesehen sind. Als Hydraulikflüssigkeit wird vorzugsweise ein Gemisch aus Öl und Wasser oder ein Fluid mit Glykol eingesetzt.
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Bei einer Belastung des Hydrolagers wirkt eine Kraft in Längsrichtung des Hydrolagers auf die Tragfeder, so dass sich diese elastisch verformt. Diese Verformung wird auch als Einfedern der Tragfeder bezeichnet. Zu beachten ist in diesem Zusammenhang, dass die Arbeitskammer zumindest teilweise von der Tragfeder umschlossen oder umfasst ist. Deshalb wird die Arbeitskammer durch das Einfedern der Tragfeder verkleinert, womit der Druck in der Arbeitskammer ansteigt, so dass sich die Arbeitskammer beziehungsweise die Tragfeder nach außen, insbesondere zu ihren Seiten, aufblähen kann. Außerdem kann eine Verformung an der Trennwand und/oder im Übergang zu der Steuermembran erfolgen. Denn die Trennwand und die Steuermembran mit ihren Befestigungselementen zur Anbindung an der Trennwand weisen eine endliche Steifigkeit auf. Sofern die Steuermembran als solche und die Trennwand jeweils eine besonders hohe Steifigkeit aufweisen, kann eine entsprechende Gesamtsteifigkeit von den Befestigungselementen dominiert sein. Diese sind nämlich oftmals dazu ausgebildet, um eine Auslenkung der Steuermembran zu ermöglichen. Deshalb können auch die genannten Befestigungselemente zu einem Aufblähen der Arbeitskammer beitragen. Das Aufblähen der Arbeitskammer kann durch die sogenannte Blähsteifigkeit charakterisiert sein, die ein Verhältnis von Ausdehnung zu einer auf die Wandung der Arbeitskammer wirkenden Kraft angibt.
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Alternativ oder ergänzend kann ein Teil der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer durch den Drosselkanal in die Ausgleichskammer strömen. Der Drosselkanal ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass dieser für die strömende Hydraulikflüssigkeit einen Strömungswiderstand darstellt. Das Durchströmen des entsprechend ausgebildeten Drosselkanals erzeugt deshalb Dissipation und somit Dämpfungsarbeit. Die Ausgleichskammer ist bevorzugt mit mindestens einem membranartig verformbaren Wandungsteil versehen, so dass der in die Ausgleichskammer einströmende Teil der Hydraulikflüssigkeit aufgenommen werden kann.
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Die Dämpfungseigenschaften solcher Hydrolager sind aufgrund ihrer Bauweise frequenzabhängig. Statische oder quasistatische Belastungen unterhalb einer Frequenz von 5 Hz werden dabei üblicherweise von der Tragfeder aufgenommen, die eine relativ große Steifheit aufweist.
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Niederfrequente Schwingungen, d.h. Schwingungen mit Frequenzen von ca. 5 bis 20 Hz, die im allgemeinen mit großen Amplituden auftreten, werden durch das Zusammenwirken der beiden Hydraulikkammern über den Drosselkanal stark gedämpft. Die Dämpfung entsteht dabei mit dem erläuterten Strömen von zumindest eines Teils der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer durch den Drosselkanal in die Ausgleichskammer, und umgekehrt, wobei eine entsprechende Dämpfungsarbeit geleistet wird. Eine besonders hohe Dämpfung wird erreicht, wenn die Blähsteifigkeit ausreichend hoch ist. Denn in diesem Fall wird die Arbeitskammer nicht zu stark aufgebläht, so dass zumindest ein Teil der Hydraulikflüssigkeit durch den Drosselkanal strömt, um sodann die gewünschte Dämpfungswirkung zu erreichen. Anderenfalls könnte es dazu kommen, dass die Arbeitskammer stark aufbläht, ohne dass ein signifikanter Teil der Hydraulikflüssigkeit den Drosselkanal durchströmt. Dies hätte zum Nachteil, dass die entsprechende Dämpfung sehr klein wäre. Dies ist jedoch zu verhindern.
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Hochfrequente Schwingungen, also Schwingungen im Frequenzbereich oberhalb von 20 Hz bis beispielsweise 50 Hz, 100 Hz oder 200 Hz, werden aufgrund der Trägheit, Viskosität und Inkompressibilität der Hydraulikflüssigkeit und/oder der hohen Steifigkeit und Trägheit der Tragfeder nur sehr gering gedämpft oder sogar nahezu ungedämpft übertragen. Diese Schwingungen treten zwar im Allgemeinen nur mit kleinen Amplituden auf, sind aber aufgrund ihrer akustischen Wirkung von höherer Bedeutung.
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Im Hinblick auf eine Isolierung solcher Schwingungen werden heute sogenannte aktiv gesteuerte Hydrolager eingesetzt, die jeweils einen Linearaktor, der auch als Linearaktuator bezeichnet wird, aufweisen. Als besonders zweckmäßig haben sich elektromagnetische Linearaktoren herausgestellt, die jeweils einen Stator und einen Anker aufweisen. Der Anker ist dabei beweglich gelagert zu dem Stator ausgebildet, so dass der Anker gegenüber dem Stator in Längsrichtung des Linearaktors bzw. Stators ausgelenkt werden kann. Für das Hydrolager ist der Anker mechanisch mit einer Steuermembran verbunden, die vorzugsweise einer stirnseitigen Wandung der Arbeitskammer zugeordnet ist, wobei diese Wandung vorzugsweise die Trennwand ist. Die Steuermembran kann durch einen flexiblen Teil der Trennwand gebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Steuermembran von der Trennwand eingefasst ist und somit als Bestandteil der Trennwand angesehen wird. Die Steuermembran kann in ihrer Auslenkungsrichtung, die oftmals ihre Normalenrichtung ist, verschoben oder elastisch verformt werden. Indem der Anker mechanisch an die Steuermembran gekoppelt ist, kann die Steuermembran mit dem elektromagnetischen Linearaktor in ihrer Auslenkungsrichtung gesteuert ausgelenkt werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Anker nicht unmittelbar mit der Steuermembran verbunden ist, sondern dass beispielsweise ein Gelenksmechanismus und/oder ein Ankerstößel vorgesehen sind, die zwischen dem Anker und der Steuermembran angeordnet sind, um Bewegungen und/oder Kräfte vom Anker auf die Steuermembran zu übertragen. Der Gelenkmechanismus und/oder der Ankerstößel können deshalb dem Anker zugeordnet sein. Mit dem Verformen der Steuermembran in ihrer Auslenkungsrichtung verändert sich also das Hydraulikvolumen der Arbeitskammer. Deshalb dient der elektromagnetische Linearaktor des Hydrolagers auch zur Steuerung oder Veränderung des Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer.
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Eine von dem Anker ausgehende, auf die Steuermembran wirkende Kraft wird dabei durch eine elektromagnetische Wechselwirkung zwischen dem Anker und dem Stator hervorgerufen. Dazu weist der Stator ein Statorleitelement aus ferromagnetischen Material auf. In Querrichtung des Stators erstrecken sich ein oberer Statorkragen und einen Unterer Statorkragen, die vorzugsweise in Längsrichtung des Stators voneinander beabstandet sind. Das Statorleitelement ist deshalb im Querschnitt vorzugsweise C-förmig oder kammförmig ausgebildet. Es eignet sich deshalb dazu, einen Permanentmagneten und/oder eine elektrische Spule zu übergreifen. Um die jeweiligen, von dem oberen Statorkragen und dem unteren Statorkragen gebildeten Enden des Statorleitelements für ein Magnetfeld zu schließen, weist der Anker ein Ankerleitelement aus ferromagnetischen Material auf. Das Ankerleitelement weist einen oberen Ankerkragen und einen unteren Ankerkragen auf, die sich jeweils in Querrichtung des Stators erstrecken und in Längsrichtung des Stators vorzugsweise voneinander beabstandet sind. Das Ankerleitelement ist deshalb im Querschnitt vorzugsweise C-förmig oder kammförmig ausgebildet. Es eignet sich deshalb dazu, einen Permanentmagneten und/oder eine elektrische Spule zu übergreifen. Um nun die Enden des Statorleitelements für ein Magnetfeld zu schließen, sind der obere Statorkragen und der obere Ankerkragen einander zugewandt. Außerdem sind der untere Statorkragen und der untere Ankerkragen einander zugewandt. Da der Anker sich in Längsrichtung zu dem Stator bewegen kann, sind die zuvor genannten Ausführungen für einen Start-Arbeitspunkt des Aktor anzusehen.
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Die Leitelemente dienen zum Bündeln, Leiten und/oder Lenken eines Magnetfeldes. Ein derartiges Magnetfeld kann durch einen Permanentmagneten und/oder eine Spule hervorgerufen werden. Unter der Spule ist eine elektromagnetische Spule mit mindestens einer, vorzugsweise mehreren Windungen zu verstehen. Die mindestens eine Spule bzw. der mindestens eine Permanentmagnet können von dem Ankerleitelement bzw. von dem Statorleitelement übergriffen sein. Besonders bevorzugt übergreifen das Ankerleitelement mit den zugehörigen Ankerkragen einen Permanentmagneten und das Statorleitelement mit den zugehörigen Statorkragen eine Spule. Für die weitere Erläuterung soll beispielhaft angenommen werden, dass der obere und der untere Ankerkragen von einem Permanentmagnetfeld des mindestens einen Permanentmagneten durchdrungen ist. Das Permanentmagnetfeld im oberen und im unteren Ankerkragen zeigt dazu in die gleiche Richtung, vorzugsweise in Richtung des Stators oder umgekehrt. Sofern ein Spulenmagnetfeld der mindestens einen Spule auftritt, durchdringt dieses das Statorleitelement und wird von diesem gebündelt.
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Bei einer Bestromung der mindestens einen Spule des Stators wird der Anker sodann in Längsrichtung des Stators gezogen. Die Zugbewegung des Ankers ist auf eine konstruktive Überlagerung des von der mindestens einen Spule verursachten Spulenmagnetfelds und des Permanentmagnetfelds in dem oberen Ankerkragen und einer destruktiven Überlagerung des Spulenmagnetfelds und des Permanentmagnetfelds in dem unteren Ankerkragen zurückzuführen. Die konstruktive und destruktive Überlagerung kann auch in umgekehrter Weise erfolgen, wenn der Strom beispielsweise in umgekehrter Richtung fließt. In diesem Fall käme es nicht zu einer Zugbewegung sondern zu einer entgegengesetzten Bewegungsrichtung des Ankers.
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Die Kraftwirkung ist also darauf zurückzuführen, dass das Ankerleitelement in Längsrichtung ein Joch aus ferromagnetischen Material für das Statorleitelement ausbildet und das Spulenmagnetfeld von dem Permanentmagnetfeld an dem oberen Ankerkragen geschwächt und an dem unteren Ankerkragen gestärkt wird, oder umgekehrt. Ein entsprechender Effekt kann auch mit mehreren Permanentmagneten erreicht werden. Ist beispielsweise ein erster und ein zweiter Permanentmagnet vorgesehen, wobei die beiden Permanentmagneten in Längsrichtung voneinander beabstandet sind, können die beiden Permanentmagneten jeweils wesentlich für die konstruktive beziehungsweise destruktive Überlagerung der Magnetfelder verantwortlich sein.
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Um die Beweglichkeit des Ankers gegenüber dem Stator zu gewährleisten, ist zwischen dem Stator und dem Anker bevorzugt ein Luftspalt vorgesehen. Sofern der Stator ringförmig ausgebildet und der Anker in den zylindrischen Hohlraum des ringförmigen Stators eingebracht ist, kann der Luftspalt ebenfalls ringförmig ausgebildet sein.
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Ohne die mindestens eine Spule zu bestromen, ruft nur der mindestens eine Permanentmagnet ein Permanentmagnetfeld hervor, das auf die Leitelemente wirkt. Es bilden sich entsprechende statische Magnetfeldlinien aus. Das Permanentmagnetfeld des mindestens einen Permanentmagneten ist vorzugsweise in Querrichtung, also in einer Richtung quer zur Längsrichtung, ausgerichtet. Sofern die Spulen nicht bestromt werden, entsteht auch ein statischer, magnetischer Zustand des Aktors, wobei der Anker eine bestimmte Ruheposition annimmt.
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Wird das Hydrolager zur Lagerung eines Motors eines Kraftfahrzeuges verwendet, so können Sensoren des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden, um die vom Motor ausgehenden Schwingungen in einem möglichst nur sehr gedämpften Maß an einen Innenraum zu übertragen oder die Schwingungen des Motors sogar vollständig zu entkoppeln. Hierzu kann beispielsweise ein Sensor vorgesehen sein, der Schwingungen des Motors oder des Chassis messen kann. Alternativ können auch mehrere Sensoren an unterschiedlichen Orten des Motors und/oder des Chassis vorgesehen sein.
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Werden von dem Sensor zur Messung der Schwingungen des Chassis hochfrequente Schwingungen erfasst, kann die Steuermembran von dem Linearaktor synchron ausgelenkt werden. Die Richtung der Auslenkung kann dabei durch die Bauart der Trennwand bzw. der Steuermembran bestimmt sein. Die Schwingungen des Motors verursachen entsprechend hochfrequente Druckschwankungen in der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer. Mit der synchronen Auslenkung der Steuermembran werden diese hochfrequenten Druckschwankungen möglichst vollständig ausgeglichen. Bestenfalls kommt es somit zu einer Kompensation, so dass diese hochfrequenten Schwingungen nicht von dem Hydrolager übertragen werden. Entsprechend hochfrequente Schwingungen verursachen deshalb im Innenraum des Kraftfahrzeugs keine oder nur sehr geringe Vibrations- und Geräuschemissionen.
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Durch die erläuterte Ansteuerung des elektromagnetischen Linearaktors und des entsprechenden Einwirkens auf die Steuermembran soll also eine Absenkung der dynamischen Federrate des Hydrolagers im Bereich der hochfrequenten Schwingungen bewirkt werden. Mit anderen Worten soll das Hydrolager für hochfrequente Schwingungen "weich" geschaltet werden.
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Zur Kompensation von Trägheitskräften sind auch Aufbauten bekannt, wobei die Steuermembran durch einen Kolben in einem Zylinder gebildet ist und der Kolben rückseitig von der Hydraulikflüssigkeit und vorderseitig von einem komprimierten Luftvolumen beaufschlagt ist. Ein solches Hydrolager offenbart beispielsweise die
EP 0 561 703 A1 , wobei die hier vorgeschlagene Lösung durch eine aufwendige und komplizierte Bauweise auffällt.
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In der Praxis wurde festgestellt, dass eine Erhöhung der Blähsteifigkeit zu einer besseren Dämpfung von niederfrequenten Schwingungen führt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Arbeitskammer hierbei weniger aufbläht und somit eine höhere Menge der Hydraulikflüssigkeit durch den Drosselkanal strömt, wenn es zu einer Druckerhöhung in der Arbeitskammer kommt. Bei niederfrequenten Schwingungen entsteht deshalb eine höhere Dissipation, was die verbesserte Dämpfung gewährleistet. Die Blähsteifigkeit der Arbeitskammer kann dadurch erhöht werden, dass eine Biegesteifigkeit der Steuermembran, insbesondere ihrer zugehörigen Verbindungselemente zum Verbinden mit einer Wandung, insbesondere der Trennwand, der Arbeitskammer erhöht wird. Alternativ oder ergänzend kann eine Steifigkeit des Ankers in Längsrichtung des Stators erhöht werden. Dies kann beispielsweise durch steifere Lagerfedern erfolgen, die sich zur Lagerung des Ankers von dem Anker radial zu dem Stator erstrecken. Mit einer Erhöhung der Biegesteifigkeit der Steuermembran und/oder einer Steifigkeit des Ankers in Längsrichtung ist jedoch auch eine höhere Kraft notwendig, um die Steuermembran in ihrer Auslenkrichtung auszulenken.
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Bei bekannten Hydrolagern zeigt sich ein Nachteil darin, dass elektromagnetische Linearaktoren oftmals nicht die notwendige Leistung und/oder Dynamik aufweisen, um das Hydrolager mit einer besonders biegesteifen Steuermembran und/oder besonders biegesteifen Lagerfedern wie gewünscht auf “weich“ zu schalten. Außerdem ist zu beachten, dass für einen Linearaktor in einem Hydrolager nur ein begrenzter Bauraum zur Verfügung steht. Wenn also festgestellt wird, dass die Kraft und/oder die Dynamik eines Linearaktors nicht ausreicht und deshalb gegebenenfalls ein leistungsfähigerer Linearaktor notwendig wäre, kann dies zumeist nicht umgesetzt werden, da der zur Verfügung stehenden Bauraum bei einer Verwendung von bekannten elektromagnetischen Linearaktoren nicht ausreicht.
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Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Hydrolager bereitzustellen, das zur Dämpfung von niederfrequenten Schwingungen und zur Isolation von hochfrequenten Schwingungen besonders gut geeignet ist. Insbesondere soll die Blähsteifigkeit der Arbeitskammer erhöht werden können und die Dynamik des Aktors beziehungsweise der von dem Aktor gesteuerten Steuermembran erhalten bleiben, ohne eine höhere elektrische Leistung des Aktors vorzusehen.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Hydrolager mit einer Tragfeder, einer von der Tragfeder zumindest teilweise umschlossenen Arbeitskammer, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, einer Steuermembran, die zur Veränderung eines Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer ausgebildet ist, und einem elektromagnetischen Aktor zum Auslenken der Steuermembran, wobei der Aktor einen Stator und einen in Längsrichtung des Stators beweglichen Anker umfasst, der Anker mit der Steuermembran mechanisch verbunden ist, der Stator ein Statorleitelement aus ferromagnetischem Material aufweist, das Statorleitelement einen sich in Querrichtung des Stators erstreckenden, oberen Statorkragen und einen sich in Querrichtung des Stators erstreckenden, unteren Statorkragen aufweist, der Anker ein Ankerleitelement aus ferromagnetischem Material aufweist, das Ankerleitelement einen sich in Querrichtung des Stators erstreckenden, oberen Ankerkragen und einen sich in Querrichtung des Stators erstreckenden, unteren Ankerkragen aufweist, der obere Statorkragen und der obere Ankerkragen einander zugewandt sind, der untere Statorkragen und der untere Ankerkragen einander zugewandt sind, die Steuermembran in ihrer Auslenkrichtung für eine maximale Auslenkung a ausgebildet ist, und sich die jeweils einander zugewandten, oberen und/oder unteren Kragen in Längsrichtung des Stators über eine Überlappungslänge u teilweise überlappen, so dass ein Verhältnis von Überlappungslänge u zu maximaler Auslenkung a zwischen 0,1 und 1,5 ist. Vorzugsweise weisen die Statorkragen an ihren, dem Anker zu gewandten Enden jeweils eine Statorpolfläche auf. Entsprechendes gilt für den Anker. Vorzugsweise weisen die Ankerkragen deshalb an ihren, dem Stator zugewandten Enden jeweils eine Ankerpolfläche auf. Wenn hier und/oder im Weiteren von einer Überlappung der Kragen gesprochen wird, bezieht sich dieses zumindest bevorzugt auf die jeweils zugehörigen Polflächen des Stators bzw. des Ankers.
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Die Steuermembran dient, wie bereits zuvor erläutert, zur Isolation von hochfrequenten Schwingungen. Dazu ist die Steuermembran zur Veränderung eines Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer ausgebildet. Die hochfrequenten Schwingungen haben für gewöhnlich kleinere Amplituden. Entsprechend dieser Amplituden können die maximale Auslenkung der Steuermembran und eine entsprechende Veränderbarkeit des Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer ausgestaltet sein. Unter der maximalen Auslenkung ist deshalb die Distanz zu verstehen, die die Steuermembran zurücklegt, wenn sie von ihrer Ruheposition, in der sie nicht ausgelenkt ist, maximal ausgelenkt wird. Von der Ruheposition kann die Steuermembran in positive Auslenkrichtung und in negative Auslenkrichtung ausgelenkt werden, so dass die Steuermembran bei symmetrischer Ausgestaltung einen maximalen Hub aufweist, der der doppelten maximalen Auslenkung entspricht.
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Mit den sich einander zugewandten oberen Kragen sind der obere Statorkragen und der obere Ankerkragen gemeint. Mit den sich einander zugewandten unteren Kragen sind der untere Statorkragen und der untere Ankerkragen gemeint. Um die Kompaktheit der weiteren Erläuterung zu erhöhen, werden im Folgenden zunächst die Effekte und Vorteile der oberen Kragen sowie zugehörige, bevorzugte Ausgestaltungen erläutert, wobei jedoch die analogen Vorteile, Effekte und bevorzugten Ausgestaltungen in entsprechender Weise für die unteren Kragen gelten.
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Die oberen Kragen sind einander zugewandt und überlappen sich in Längsrichtung des Stators. Diese Überlappung dient zu einer Bündelung und/oder Lenkung eines Magnetfeldes, das vorzugsweise von einer elektrischen Spule des Stators und/oder von einem Permanentmagneten des Ankers ausgeht. Bekannt ist, dass sich die oberen Kragen möglichst vollständig überlappen, um einen möglichst geringen magnetischen Widerstand in dem entsprechenden Übergangsbereich zu bilden. Dabei ist zu berücksichtigen, dass der Anker und der Stator durch einen Luftspalt oder einen geeigneten magnetischen Isolatoren voneinander getrennt sind. Von der bekannten, vollständigen Überlappung der oberen Kragen wird bei dem erfindungsgemäßen Hydrolager Abstand genommen. Die oberen Kragen sollen sich nicht vollständig sondern nur teilweise überlappen. Entsprechendes gilt für die unteren Kragen, die ebenfalls nicht vollständig sondern nur teilweise überlappen. Im Ruhezustand des elektromagnetischen Aktors überlappen die oberen Kragen bzw. die unteren Kragen in Längsrichtung des Stators über eine Überlappungslänge. Dieser Ruhezustand ist jedoch kein stabiler Zustand, da es für die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen den Kragen des Ankers bzw. Stators des elektromagnetischen Aktor energetisch günstigere Positionen des Ankers gibt. Unter einer vorläufigen Annahme, dass dem Anker in Längsrichtung kein mechanischer Widerstand entgegengesetzt wird, würde sich der Anker in Längsrichtung bewegen. Erfindungsgemäß ist der Anker jedoch mit der Steuermembran mechanisch verbunden. Damit der Anker die zuvor genannte Bewegung ausführen kann, wäre die Steuermembran also auszulenken. Die Auslenkung der Steuermembran ist widerstandsbehaftet, was im Wesentlichen auf eine elastische Verformung der Steuermembran bzw. auf zugehörige Verbindungselemente zu einer Wandung, insbesondere der Trennwand, des Hydrolagers zurückzuführen ist. Der Anker wird also nicht die vollständige Bewegung ausführen können, wie sie möglich wäre, wenn dem Anker in Längsrichtung kein mechanischer Widerstand entgegengesetzt wird.
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Zuvor wurde erläutert, dass es von Vorteil wäre, die Blähsteifigkeit der Arbeitskammer zu erhöhen. Eine Möglichkeit besteht darin, die Steifigkeit der Steuermembran, insbesondere der Verbindungselemente zu der angrenzenden Wandung, zu erhöhen. Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Hydrolagers ist dies nunmehr möglich. Zwar vergrößert sich mit einer Erhöhung der Steifigkeit der Steuermembran auch die Kraft, die notwendig ist, um die Steuermembran auszulenken. Die entsprechende, zusätzliche Kraft wird jedoch durch die teilweise Überlappung der genannten Kragen aufgebracht. Somit findet bei einer gesteuerten Auslenkung durch eine Bestromung einer Spule des elektromagnetischen Aktors eine Überlagerung der durch die teilweise Überlappung der Kragen hervorgerufenen Kraft und der durch die zugeführte elektrische Leistung hervorgerufenen Kraft statt. Für den Aktor wird deshalb zumindest im Wesentlichen kein größerer Bauraum benötigt. Außerdem bleibt die Dynamik des Verbundes aus Aktor und Steuermembran erhalten, da mit der erfindungsgemäßen, teilweisen Überlappung der Kragen eine zusätzliche Kraft aufgebracht wird.
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Um zu gewährleisten, dass die Steuermembran in einem Zustand, in dem der elektromagnetische Aktor nicht bestromen ist, nicht bzw. nur kaum ausgelenkt ist, beträgt das Verhältnis von maximaler Auslenkung der Steuermembran zu der Überlappungslänge der Kragen 0,1 bis 1,5. Bevorzugt beträgt das Verhältnis 0,3 bis 0,7. Besonders bevorzugt beträgt das Verhältnis etwa 0,5. Die genannten Werte für das Verhältnis spiegeln besonders vorteilhaft einen Kompromiss wieder, der einerseits eine ausreichende Kraft durch die teilweise Überlappung der Kragen bietet und andererseits verhindert, dass die Steuermembran zu stark ausgelenkt wird, wenn die Spule des elektromagnetischen Aktors nicht bestromt ist. Außerdem kann dem Aktor mit den genannten Verhältnissen eine lineare oder progressive Übertragungscharakteristik zwischen einem Auslenkungsweg des Ankers und einer entsprechenden Kraft durch die Teilüberlappung aufgeprägt werden. Dies lässt den Aktor besonders gut steuern.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der obere Ankerkragen in Längsrichtung des Stators über den oberen Statorkragen hinausragt, oder umgekehrt. Diese Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich durch ihre einfache Bauweise und somit günstige Herstellung aus. Außerdem wird hiermit gewährleistet, dass zumindest ein Kragen-Paar, nämlich das der oberen Kragen von dem Anker und dem Stator, teilweise überlappen. Sofern nur die oberen Kragen sich teilweise überlappen, kann mit dieser Ausgestaltung auch eine Vorzugsrichtung für die Kraft bestimmt sein, die von der teilweisen Überlappung der Kragen ausgeht. In diesem Fall würde die Kraft in Richtung der Steuermembran oder von der Steuermembran weg zeigen. Je nach Bauart des Hydrolagers, beispielsweise mit einem herkömmlichen Prinzip der Ankopplung der Steuermembran oder nach dem so genannten invertierten Prinzip, kann die Vorzugsrichtung für die genannte Kraft gewählt sein. Die Kraftrichtung wird maßgeblich dadurch bestimmt, ob der obere Ankerkragen in Längsrichtung des Stators über den oberen Statorkragen oder ob der obere Statorkragen in Längsrichtung des Stators über den oberen Ankerkragen hinaus ragt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der untere Ankerkragen in Längsrichtung des Stators über den unteren Statorkragen hinausragt, oder umgekehrt. Bezüglich der unteren Kragen wird auf die Effekte, Vorteile bevorzugten Ausgestaltungen der zuvor erläuterten Ausgestaltung des Hydrolagers verwiesen. Für die unteren Kragen gelten nämlich analoge Zusammenhänge. Mit dem Überragen ist vorzugsweise ein außenseitiges Überragen gemeint. Sofern eine teilweise Überlappung an den unteren Kragen und dem oberen Kragen ausgebildet ist, können die zuvor genannten Effekte bezüglich der Vorzugsrichtung der Kraft überlagert sein. Eine derartige Ausgestaltung ist deshalb besonders vorteilhaft, um die Steuermembran sowohl in positive Längsrichtung als auch in negativer Längsrichtung auslenken zu können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass ein Ankerkragenabstand in Längsrichtung des Stators zwischen dem oberen und dem unteren Ankerkragen größer als ein Statorkragenabstand in Längsrichtung des Stators zwischen dem oberen und dem unteren Statorkragen ist. Mit dem Ankerkragenabstand bzw. dem Statorkragenabstand ist vorzugsweise der Abstand zwischen ihren jeweiligen, einander zugewandten Mantelseiten gemeint. Indem der Ankerkragenabstand größer als der Statorkragenabstand ist, wird besonders einfach gewährleistet, dass es im passiven Betrieb, wenn eine Spule des Aktors nicht bestromt wird, nicht zu einer vollständigen Überlappung der einander zugewandten Kragen kommt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass ein Ankerkragenabstand in Längsrichtung des Stators zwischen dem oberen und dem unteren Ankerkragen kleiner als ein Statorkragenabstand in Längsrichtung des Stators zwischen dem oberen und dem unteren Statorkragen ist. Bezüglich des Verständnisses des Ankerkragenabstands bzw. des Statorkragenabstands wird auf die vorherige Ausgestaltung verwiesen, auf die somit Bezug genommen wird. Indem der Ankerkragenabstand kleiner als der Statorkragenabstand gewählt ist, wird ebenfalls besonders einfach gewährleistet, dass es im passiven Betrieb nicht zu einer vollständig Überlappung an den oberen Kragen bzw. an den unteren Kragen kommt.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass sich die jeweils einander zugewandten Kragen in Längsrichtung des Stators zwischen 55% und 85% überlappen. Indem die einander zugewandten Kragen sich zu mehr als 50% überlappen, kann gewährleistet werden, dass auch bei einer Auslenkung der Steuermembran durch eine Bewegung des Ankers in Längsrichtung des Stators weiterhin eine zumindest kleine Überlappung der einander zugewandten Kragen bestehen bleibt, so dass die Magnetfeldlinien weiterhin gebündelt und/oder gelenkt werden. Dies verhindert, dass der Aktor einen ungewollten Zustand annimmt. Mit anderen Worten bleibt der Anker weiterhin besonders gut steuerbar. Mit der maximalen Überlappung von 85 % wird die gewünschte Teilüberlappung gewährleistet. Dies gilt zumindest für den passiven Betrieb, in dem eine Spule des Stators nicht bestromt wird.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass die Überlappung und die Steifigkeit der Steuermembran in Auslenkungsrichtung derart ausgebildet sind, dass eine von dem Aktor durch die teilweise Überlappung der jeweils einander zugewandten Kragen hervorgerufene Passivkraft die Steuermembran maximal zu 10% ihrer maximalen Auslenkung a auslenkt. Wie bereits zuvor erläutert, rufen die sich teilweise überlappenden Kragen eine Kraft auf den Anker in Längsrichtung des Stators hervor. Diese Kraft wird auch als Passivkraft bezeichnet. Wird die mindestens eine Spule des Aktors nicht bestromt, wirkt die Passivkraft aufgrund der Verbindung zwischen dem Anker und der Steuermembran unmittelbar auf die Steuermembran, so dass es zu einer Auslenkung der Steuermembran in ihrer Auslenkrichtung kommt. Um nun zu verhindern, dass die Steuermembran in diesem Fall zu stark ausgelenkt wird, bei dem ihr noch verbleibender Hub zur Einwirkung auf Schwingungen des Hydrolagers zu klein werden könnte, ist es vorgesehen, dass die genannte Passivkraft die Steuermembran maximal zu 10% ihrer maximalen Auslenkung auslenkt. Es verbleiben deshalb noch 90% ihrer maximalen Auslenkung, die zur Einwirkung auf Schwingungen des Hydrolagers genutzt werden können.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Stator mit seinen Statorkragen mindestens eine Spule übergreift. Mit der Spule kann ein Spulenmagnetfeld in das Statorleitelement eingebracht werden, dass zur Steuerung des Ankers geeignet ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Anker mit seinen Ankerkragen mindestens einen Permanentmagneten übergreift. Mit dem Permanentmagneten kann ein Permanentmagnetfeld in das Ankerleitelement eingebracht werden. Das Permanentmagnetfeld dient einerseits zur konstruktiven bzw. destruktiven Überlagerung des Spulenmagnetfelds, welches von dem Stator und dem Anker gelenkt bzw. gebündelt ist. Andererseits dient das Permanentmagnetfeld zur Hervorrufung der Passivkraft. Denn dem Permanentmagnetfeld, welches ebenfalls durch die Statorleitelement und das Ankerleitelement gebündelt und/oder gelenkt wird, wird ein geringerer Widerstand entgegengesetzt, wenn sich der Anker in eine energetisch günstigere Position bewegt.
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Grundsätzlich können die beiden zuvor genannten Ausgestaltungen auch in umgekehrter Kombination vorgesehen sein. Danach könnte der Anker mit seinen Ankerkragen mindestens eine Spule übergreift. Der Stator könnte mit seinen Statorkragen mindestens einen Permanentmagneten übergreifen. Mit dieser umgekehrten Kombination entstehen analoge Vorteile und Effekte, so dass auf die vorherigen Erläuterungen analog Bezug genommen wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst, das einen Fahrzeugrahmen, einen Motor und ein Motorlager umfasst, das eine lagernde Verbindung zwischen dem Motor und dem Fahrzeugrahmen herstellt, wobei das Motorlager durch das erfindungsgemäße Hydrolager, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ausgestaltungen, ausgebildet ist. Dabei gelten Merkmale, Details und Vorteile, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Hydrolager beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
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1 das Hydrolager in einer schematischen Querschnittsdarstellung, und
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2 einen vergrößerten Ausschnitt des Aktors des Hydrolagers aus 1.
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Aus der 1 ist ein Hydrolager 2 zu erkennen. Das Hydrolager 2 umfasst eine als Gummielement ausgestaltete Tragfeder 36. Diese Tragfeder 36 ist für gewöhnlich als Hohlkörper ausgebildet, wobei die Oberseite der Tragfeder 36 eine Abdeckung 38 aufweist. An der Abdeckung 38 ist zumeist ein Anschlusselement (nicht dargestellt) zur Befestigung eines Motors angebracht. In einer einfachen Ausgestaltung handelt es sich bei dem Anschlusselement um einen Gewindebolzen, der mit dem Motor verschraubt werden kann. An der Unterseite der Tragfeder 36 schließt die Trennwand 8 an. Zwischen der Tragfeder 36, der Abdeckung 38 und der Trennwand 8 bildet sich die Arbeitskammer 4 aus. Die Arbeitskammer 4 ist mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Gemisch aus Öl und Wasser. In Längsrichtung L unterhalb der Trennwand 8 schließt das hohlzylindrische Basisgehäuse 40 an, dessen Innenraum durch einen flexiblen Trennkörper 48 unterteilt ist. Der Trennkörper 48 wird auch als Rollmembran bezeichnet. Der von der Trennwand 8, dem Trennkörper 48 und dem Basisgehäuse 40 eingeschlossene Raum bildet die Ausgleichskammer 6 des Hydrolagers 2. Die Ausgleichskammer 6 ist bevorzugt ebenfalls mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Sie kann ebenfalls ein Gemisch aus Öl und Wasser sein. Aus der 1 ist somit zu entnehmen, dass die Trennwand 8 zwischen der Arbeitskammer 4 und der Ausgleichskammer 6 angeordnet ist. Zur Dämpfung von niederfrequenten Schwingungen, die von dem Motor über die Abdeckung 38 auf die Tragfeder 36 und somit auch auf ein Arbeitskammervolumen 14 der Arbeitskammer 4 wirken, ist ein zwischen der Arbeitskammer 4 und der Ausgleichskammer 6 ausgebildeter Drosselkanal 10 zum Austausch von Hydraulikflüssigkeit vorgesehen. Wird die Tragfeder 36 durch die niederfrequenten Schwingungen gestaucht, führt dies zumeist zu einer Erhöhung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 4 und/oder zu einer Verkleinerung des Arbeitskammervolumens 14 der Arbeitskammer 4. In beiden Alternativen erfolgt dabei ein Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Arbeitskammer 4 durch den Drosselkanal 10 in die Ausgleichskammer 6. Dabei entsteht in dem Drosselkanal 10 Dissipation, so dass die auf die Tragfeder 36 einwirkenden niederfrequenten Schwingungen gedämpft werden können. Die Dämpfung mittels des Drosselkanals 10 ist jedoch nur für niederfrequentierte Schwingungen effektiv. Bei höherfrequenten Schwingungen, so beispielsweise ab 20 Hz, werden Schwingungen durch den Drosselkanal 10 so gut wie gar nicht gedämpft.
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Zur Isolation von Schwingungen mit einer Frequenz von mehr als 20 Hz weist das Hydrolager 2 eine Steuermembran 12 auf. Diese Steuermembran 12 ist der Trennwand 8 zugeordnet. Die Steuermembran 12 kann dazu von der Trennwand 8 selbst gebildet sein oder in die Trennwand 8 eingebracht sein. So kann die Trennwand 8 die Steuermembran 12 einfassen. Zur Verbindung sind der Steuermembran 12 Befestigungselemente 70 zugeordnet. Die Befestigungselemente sind elastisch verformbar. Mittels ihrer Befestigungselemente 70 ist die Steuermembran 12 vorzugsweise an der Trennwand 8 befestigt. Somit ist die Steuermembran 12 in Längsrichtung L des Hydrolagers 2 elastisch verformbar ausgestaltet. Entsprechend ihrer elastischen Verformbarkeit in Längsrichtung L vergrößert oder verkleinert sich das Arbeitskammervolumen 14 der Arbeitskammer 4.
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Die Verformbarkeit der Steuermembran 12 wird vorteilhaft genutzt, um höherfrequente Schwingungen zu isolieren. Dazu ist die Steuermembran 12 an ihrer von der Tragfeder 36 abgewandten Seite mechanisch mit einem Anker 20 eines elektromagnetischen Linearaktors 16 des Hydrolagers 2 verbunden. Der Linearaktor 16 weist außerdem einen Stator 18 auf, zu dem der Anker 20 beweglich gelagert angeordnet ist. Der Stator 18 ist an dem Basisgehäuse 40 des Hydrolagers 2 befestigt oder von dem Basisgehäuse 40, zumindest teilweise, gebildet. Um die Bewegungsrichtung des Ankers 20 auf eine Bewegungsrichtung in Längsrichtung L zu beschränken, weist der Linearaktor 16 eine entsprechende Lagerung auf. Somit ist es möglich, mittels des elektromagnetischen Linearaktors 16 die elastische Verformung der Steuermembran 12 elektrisch zu steuern.
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Außerdem ist aus der 1 eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydrolagers 2 zu erkennen, bei der der Anker 20 mittels eines mechanischen Stößels 46, der dem Anker 20 zugeordnet ist, mit der Steuermembran 12 mechanisch verbunden. Durch den Stößel 46 kann der Stator 18 des Linearaktors 16 von der Steuermembran 12 beabstandet angeordnet sein, so dass sich in dem Bereich zwischen dem Stator 18 und der Trennwand 8 die Ausgleichskammer 6 ausbilden kann. Eine derartige Ausgestaltung des Hydrolagers 2 hat sich in der Praxis als besonders zweckmäßig erwiesen. Anderweitige Ausbildungen, die ohne einen Stößel 46 oder anstatt des Stößels 46 eine andere Gelenksmechanik zur Übertragung von Kräften des Linearaktors 16 auf die Steuermembran 12 aufweisen, sollen ebenfalls als eine mechanische Verbindung zwischen dem Anker 20 und der Steuermembran 12 angesehen werden.
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Wie aus der 1 außerdem zu erkennen ist, führt der Ankerstößel 46 des Ankers 18 durch die Trennwand 8. Dazu kann der Ankerstößel 46 an der Trennwand 8 gelagert und/oder abgedichtet sein. An das vom Stator 18 abgewandte Ende des Ankerstößels 46 schließt die Steuermembran 12 an. Die Steuermembran 12 ist in ein Druckkammergehäuse 22 eingebracht, wobei sich zwischen der Steuermembran 12 und dem Druckkammergehäuse 22 eine Druckkammer 52 ausbildet. Somit ist die Steuermembran 12 zwischen dem Steuerkanal 24 und der Druckkammer 52 angeordnet. Das Druckkammergehäuse 22 kann von der Trennwand 8 gebildet sein. Die Druckkammer 52 kann mit getrockneter Luft, Gas und/oder einem Gasgemisch gefüllt sein. Mit dem Auslenken der Steuermembran 12 wird deshalb nicht nur das Volumen der Arbeitskammer 4 sondern auch das Volumen der Druckkammer 52 verändert. Ein derartiger Aufbau ist grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt und wird auch als invertierter Aufbau bezeichnet.
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Aus einer Zusammenschau der 1 und 2 ist eine Ausgestaltungsvariante des elektromechanischen Linearaktors 16 zu erkennen, wobei ein zugehöriger Stator 18 mindestens eine elektrische Spule 34 aufweist. Zur Bündelung eines Spulenmagnetfelds wird die Spule 34 von einem Leitelement 26 aus ferromagnetischem Material umgriffen, wobei deren oberer Statorkragen 32 und unterer Statorkragen 28 zu dem Anker 20 zeigen. Zwischen dem oberen Statorkragen 32 und dem unteren Statorkragen 28 erstreckt sich ein Statorlängsabschnitt 30 des Statorleitelements 26. Das Statorleitelement 26 ist also C-förmig ausgestaltet und eignet sich deshalb zum Umgreifen der Spule 34. Um das Spulenmagnetfeld möglichst gebündelt zwischen den Statorkragen 32, 28 zu lenken, ist das Ankerleitelement 72 des Ankers 20 vorgesehen, wobei der oberer Ankerkragen 58 des Ankerleitelements 72 und der untere Ankerkragen 54 des Leitelements 72 zu dem Stator 18 zeigen. Zwischen dem oberen Ankerkragen 58 und dem unter Ankerkragen 54 erstreckt sich ein Ankerlängsabschnitt 56 des Ankerleitelements 72. Das Ankerleitelement 72 ist also C-förmig ausgestaltet und eignet sich deshalb zum Umgreifen eines Permanentmagneten 74 des Ankers 20. Der Anker 20 umfasst also mindestens einen Permanentmagneten 74, der von der C-förmigen Ausbildung des Ankerleitelements 72 umgriffen ist. Ein von dem mindestens einen Permanentmagneten ausgehendes Permanentmagnetfeld wird durch das Ankerleitelement 72 gebündelt und/oder gelenkt. So kann das Permanentmagnetfeld auch durch das Zusammenwirken von Ankerleitelement 72 und Statorleitelement 26 gebündelt und/oder gelenkt sein. In Querrichtung Q des Stators 18 sind der Stator 18 und der Anker 20 durch einen Luftspalt 60 voneinander beabstandet. Sofern der elektromagnetische Aktor 16 einen zumindest im Wesentlichen rotationssymmetrischen Aufbau aufweist, ist der Luftspalt 60 ringförmig. Somit können der Stator 18 und der Anker 20 jeweils eine zylindrische Form aufweisen.
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Um eine Auslenkung des Ankers 20 in Längsrichtung L zu bewirken, wird die Spule 34 bestromt. Dabei entsteht das Spulenmagnetfeld, welches durch die Leitelemente 26, 72 gebündelt wird, so dass kreisförmige Magnetfeldlinien entstehen. Diese führen auch durch die beiden Kragen 54, 58. Benachbart zu den Kragen 54, 58 ist der Permanentmagnet 74 angeordnet, der eine Magnetfeldausrichtung in Querrichtung Q aufweist. Deshalb wird das gebündelte Spulenmagnetfeld bei einer Bestromung der Spule 34 in dem unteren Kragen 54 durch ein Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten 74 konstruktiv überlagert, wohingegen das gebündelte Spulenmagnetfeld in dem oberen Kragen 58 durch das Permanentmagnetfeld des Permanentmagneten 74 destruktiv überlagert wird, oder umgekehrt. Je nach Ausgestaltung der genannten Überlagerung erfolgt eine Bewegung des Ankers 20 in längsaxialer Richtung L nach oben oder nach unten.
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Um zu gewährleisten, dass der Anker 20 die gewünschte Bewegung ausschließlich in Längsrichtung L ausführt, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Anker 20 an seiner Oberseite durch eine obere Führungsfeder 62 und an seiner Unterseite durch eine untere Führungsfeder 64 an dem Stator 18 zu befestigen. Die beiden Führungsfedern 62, 64 verhindern, dass der Anker 20 eine Bewegung in Querrichtung Q ausführen kann.
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Aus den 1 und 2 ist außerdem zu entnehmen, dass die einander zugewandten, oberen Kragen 32, 58 und die einander zugewandten, unteren Kragen 28, 54 jeweils paarweise teilweise überlappen. Diese Überlappung ist für die oberen Kragen 32, 58 in 2 durch die Überlappungslänge u gekennzeichnet. In Längsrichtung L überragt der obere Kragen 58 des Ankers 20 dazu den oberen Kragen 32 des Stators 18. Dabei kommt es wie gewünscht nicht zu einer vollständigen Überdeckung zwischen den beiden Kragen 32, 58. Analog zu den oberen Kragen 32, 58 überlappen sich die beiden unteren Kragen 28, 54 ebenfalls nur teilweise. Diese teilweise Überlappung hat zur Folge, dass ein Permanentmagnetfeld, das von dem Permanentmagneten 74 ausgeht, den Anker 20 in Längsrichtung L bewegt. Dabei erfolgt die Bewegung in Längsrichtung L in der Weise, dass der Anker 20 einen energetisch günstigeren Zustand für das Permanentmagnetfeld einnimmt. Auf den Anker 20 wirkt deshalb eine Kraft in Längsrichtung L. In den 1 und 2 ist jeweils ein Zustand wiedergegeben, wie dieser ohne eine Bestromung der Spule 34 und in einem unmittelbaren Moment danach auftritt. Durch die vom Anker 20 ausgehende Bewegung in Längsrichtung L bzw. durch die zugehörige Kraft in Längsrichtung L wird die Steuermembran 12 in ihrer Auslenkungsrichtung ausgelenkt. Um Schwingungen des Hydrolagers 2, vorzugsweise hochfrequente Schwingungen, zu isolieren, kann die Steuermembran 12 in ihrer Auslenkungsrichtung maximal über eine Distanz a, die auch als maximale Auslenkung a bezeichnet wird, ausgelenkt werden. Ist die Steuermembran 12 auch in negativer Auslenkungsrichtung auslenkbar, ergibt sich daraus ein Hub mit doppelter, maximaler Auslenkung 2a.
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Wie bereits eingangs erläutert, ist es von Vorteil, wenn die Steuermembran 12 bzw. ihre Verbindungselemente 70 eine hohe Steifigkeit aufweisen, um eine hohe Blähsteifigkeit der Arbeitskammer 4 zu gewährleisten. Um nun eine derartige Steuermembran 12 mit erhöhter Steifigkeit durch den Aktor 16 mit ähnlicher Dynamik gesteuert auslenken zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich die einander zugewandten, oberen und/oder unteren Kragen 32, 58 bzw. 28, 54 in Längsrichtung L des Stators 18 nur teilweise überlappen. Mit dieser Überlappung entsteht sodann die zuvor erläuterte Kraft in Längsrichtung L. Wird die Spule 34 nun für den aktiven Betrieb bestromt, überlagern sich die Kräfte, die einerseits durch die Teilüberlagerung der Kragen 32, 58 bzw. 28, 54 hervorgehen und andererseits durch die Bestromung der Spule 34 entstehen. Somit ist es möglich, dass bei einer zumindest im Wesentlichen gleichbleibenden Bauart des Aktors 16 und einem zumindest im Wesentlichen gleichbleibenden Bauraum des Aktors 16 die Dynamik der Auslenkung der Steuermembran 12 erhalten bleibt und zudem eine höhere Blähsteifigkeit gewährleistet wird.
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Als besonders geeignet hat sich in der Praxis erwiesen, wenn sich die jeweils einander zugewandten, oberen und/oder unteren Kragen 32, 58 bzw. 28, 54 in Längsrichtung L des Stators 18 derart über eine Überlappungslänge u teilweise überlappen, dass ein Verhältnis von Überlappungslänge u zu maximaler Auslenkung a zwischen 0,1 und 0,7 ist. Hierbei wird von einer unmittelbaren Verbindung zwischen dem Anker 20 und der Steuermembran 12 ausgegangen. Eine Auslenkung des Ankers 20 führt also zu einer betragsmäßig gleichen Auslenkung der Steuermembran 12 in Auslenkungsrichtung der Steuermembran 12. Sollte ein Mechanismus mit einer Übersetzung zwischen der Auslenkung des Ankers 20 und der Auslenkung der Steuermembran 12 verwendet werden, ist eine entsprechende Übersetzung für das Verhältnis zu berücksichtigen und soll somit sinngemäß mit erfasst sein. Mit dem zuvor genannten Verhältnis von 0,1 bis 0,7 wird vorteilhaft erreicht, dass sich die aus der Teilüberlappung hervorgehende Kraft des Ankers 20 linear oder progressiv zu der Auslenkung des Ankers 20 verhält. In einem Ausgangszustand, in dem die Spule 34 nicht bestromt wird, kommt es sodann nur zu einer sehr geringen Kraft auf die Steuermembran 12 mit ihrer erhöhten Steifigkeit, so dass zunächst kaum eine Veränderung der Auslenkung der Steuermembran 12 gegenüber dem bekannten Aufbau des Hydrolagers 2 erkennbar ist. Wird die Spule 34 für die Isolierung von hochfrequenten Schwingungen bestromt, kommt es zu einer größeren Auslenkung des Ankers 20, so dass beispielsweise ein progressives Ansteigen der von der Teilüberlappung der Kragen 32, 58 bzw. 28, 54 hervorgerufenen Kraft verstärkt zu der Auslenkung der Steuermembran 12 beiträgt. Die notwendige, verbleibende Kraft zur Auslenkung des Ankers 20 bzw. der Steuermembran 12 wird also unterproportional größer, so dass der elektrische Leistungsbedarf des Aktors 16 nur sehr gering steigt.
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Als weiter vorteilhaft hat sich erwiesen, dass der Ankerkragenabstand h in Längsrichtung L des Stators 18 zwischen dem oberen und dem unteren Ankerkragen 58, 54 größer als ein Statorkragenabstand k in Längsrichtung L des Stators 18 zwischen dem oberen und dem unteren Statorkragen 32, 28 ist. So kann der Ankerkragenabstand h beispielsweise größer als die Summe aus dem Statorkragenabstand k und dem Doppelten der maximalen Auslenkung a der Steuermembran 12 gewählt sein. Dies stellt auch bei einer maximalen Auslenkung der Steuermembran 12 sicher, dass es zwischen den einander zugewandten Kragen 32, 58 bzw. 28, 54 nicht zu einer vollständigen Überlappung kommt. Es bleibt sodann auch bei einer größeren Auslenkung der Steuermembran 12 bei einer nur teilweisen Überlappung der genannten Kragen 32, 58 bzw. 28, 54. Um die Teilüberlappung noch kleiner zu gestalten und die entsprechende Kraft auf den Anker 20 auch bei einer vollen Auslenkung der Steuermembran 12 zu gewährleisten, wird der Ankerkragenabstand h deutlich größer als die zuvor genannte Summe gewählt. Deshalb ist es bevorzugt, dass sich die jeweils einander zugewandten, oberen und/oder unteren Kragen 32, 58 bzw. 28, 54 in Längsrichtung L des Stators 18 derart über eine Überlappungslänge u teilweise überlappen, dass ein Verhältnis von Überlappungslänge u zu maximaler Auslenkung a zwischen 0,1 und 1,5 ist.
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Bezugszeichenliste
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- a
- maximale Auslenkung
- h
- Ankerkragenabstand
- k
- Statorkragenabstand
- u
- Überlappungslänge
- L
- Längsrichtung
- Q
- Querrichtung
- 2
- Hydrolager
- 4
- Arbeitskammer
- 6
- Ausgleichskammer
- 8
- Trennwand
- 10
- Drosselkanal
- 12
- Steuermembran
- 14
- Arbeitskammervolumen
- 16
- Aktor
- 18
- Stator
- 20
- Anker
- 22
- Druckkammergehäuse
- 24
- Steuerkanal
- 26
- Statorleitelement
- 28
- unterer Statorkragen
- 30
- Statorlängsabschnitt
- 32
- oberer Statorkragen
- 34
- Spule
- 36
- Tragfeder
- 38
- Abdeckung
- 40
- Basisgehäuse
- 46
- Stößel
- 48
- Trennkörper
- 50
- Statorgehäuse
- 52
- Druckkammer
- 54
- unterer Ankerkragen
- 56
- Ankerlängsabschnitt
- 58
- oberer Ankerkragen
- 60
- Luftspalt
- 62
- obere Führungsfeder
- 64
- untere Führungsfeder
- 70
- Befestigungselement
- 72
- Ankerleitelement
- 74
- Permanentmagnet
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010060886 A1 [0008]
- DE 102012008497 A1 [0008]
- EP 0561703 A1 [0022]
