DE102014226092A1 - Hydrolager sowie Kraftfahrzeug mit einem derartigen Hydrolager - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydrolager (2) mit einer Tragfeder (4), einer von der Tragfeder (4) zumindest teilweise umfassten Arbeitskammer (6), die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, einer Steuereinheit (8), die einen die Arbeitskammer (6) begrenzenden Wandungsabschnitt (10) bildet, und einen Aktor (12) zum Auslenken der Steuereinheit (8), wobei der Aktor (12) einen Stator (14) und einen zum Stator (14) auslenkbaren Anker (16) aufweist, der Anker (16) mit der Steuereinheit (8) mechanisch gekoppelt ist, und das Hydrolager (2) einen Tilger (18) aufweist, der mit dem Anker (16) mechanisch gekoppelt ist. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Hydrolager (2).

Description

• Die Erfindung betrifft ein Hydrolager mit einer Tragfeder, einer von der Tragfeder zumindest teilweise umfassten Arbeitskammer, die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, einer Steuereinheit, die einen die Arbeitskammer begrenzenden Wandungsabschnitt bildet, und einen Aktor zum Auslenken der Steuereinheit, wobei der Aktor einen Stator und einen zum Stator auslenkbaren Anker aufweist, und der Stator mit der Steuereinheit mechanisch gekoppelt ist.
• Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das ein Fahrzeuggestell, einen Motor und ein als Hydrolager ausgebildetes Motorlager aufweist, das eine lagernde Verbindung zwischen dem Motor und dem Fahrzeuggestell herstellt. Unter dem Fahrzeuggestell wird vorzugsweise das Chassis eines Kraftfahrzeugs verstanden.
• 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 verhindert werden, dass Vibrationen, insbesondere Motor-Vibrationen, auf das Chassis übertragen werden. Werden Vibrationen auf das Chassis übertragen, können diese im Innenraum eines Kraftfahrzeugs als Geräusche wahrgenommen werden, was zu verhindern ist. 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.
• In ihrer Grundversion weisen derartige Hydrolager üblicherweise ein Elastomer- oder Gummielement als Tragfeder auf. Die als Gummielement ausgestaltete Tragfeder ist oft als Hohl-Konus ausgebildet. Die Tragfeder kann also einen zu einer Seite geöffneten Hohlraum aufweisen, der zur Bildung der Arbeitskammer dient. Die Tragfeder kann deshalb zumindest eine Mantelwandung der Arbeitskammer bilden. Mit anderen Worten kann die Tragfeder die Arbeitskammer zumindest teilweise umfassen. Die Arbeitskammer ist mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Als Hydraulikflüssigkeit wird vorzugsweise ein Gemisch aus Öl und Wasser oder ein Fluid mit Glykol eingesetzt. 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. Die Tragfeder kann also als Befestigungselement für das Hydrolager dienen. Weitere Befestigungselemente können für das Hydrolager vorgesehen sein.
• 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 Tragfeder zu ihren Seiten aufblähen kann.
• Die Dämpfungs- und/oder Isolationseigenschaften 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.
• Hochfrequente Schwingungen, also Schwingungen im Frequenzbereich oberhalb von 16 Hz bis beispielsweise 36 Hz, 100 Hz oder 160 Hz, werden bei einer einfachen Ausgestaltung eines Hydrolagers 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.
• Im Hinblick auf das verbesserte Isolieren solcher Schwingungen werden heute sogenannte aktiv gesteuerte Hydrolager eingesetzt, die jeweils einen Aktor, insbesondere 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 ausgelenkt werden kann. Für das Hydrolager ist der Anker mechanisch mit einer mechanischen Steuereinheit gekoppelt. Dazu kann der Anker unmittelbar oder durch weitere Mittel mit der Steuereinheit verbunden sein.
• Die Steuereinheit bildet einen die Arbeitskammer begrenzenden Wandungsabschnitt. Die Steuereinheit ist also eine mechanische Steuereinheit. Vorzugsweise ist die Steuereinheit als elastisch verformbare Steuermembran ausgestaltet. Dabei kann die Steuermembran durch einen flexiblen Wandungsabschnitt der Arbeitskammer gebildet sein. Es ist aber auch möglich, dass die Steuermembran von einer Wandung der Arbeitskammer eingefasst und/oder gehalten ist. Die Steuermembran kann in ihrer Normalenrichtung elastisch verformt werden. Alternativ kann die Steuereinheit einen Steuerzylinder und einen Steuerkolben aufweisen, wobei der Steuerkolben in dem Steuerzylinder verfahrbar gelagert ist. Sowohl die Steuermembran als auch der Steuerkolben können zur Begrenzung der Arbeitskammer dienen. Sie können also jeweils einen begrenzenden Wandungsabschnitt der Arbeitskammer bilden.
• Indem der Anker mechanisch an die Steuereinheit, insbesondere an die Steuermembran oder den Steuerkolben, gekoppelt ist, kann die Steuereinheit mit dem Aktor gesteuert ausgelenkt werden. Der Steuerkolben kann in Längsrichtung des Steuerzylinders verfahren werden. Die Steuermembran kann in ihrer Normalenrichtung gesteuert verformt werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Anker nicht unmittelbar mit der Steuereinheit gekoppelt, insbesondere verbunden, ist, sondern dass beispielsweise ein Gelenksmechanismus und/oder ein Ankerstößel vorgesehen sind, die zwischen dem Anker und der Steuereinheit angeordnet sind, um Bewegungen und/oder Kräfte vom Anker auf die Steuereinheit zu übertragen. Der Gelenkmechanismus und/oder der Ankerstößel sollen deshalb dem Anker zugeordnet sein. Mit dem Verformen der Steuermembran in ihrer Normalenrichtung bzw. dem Verfahren des Steuerkolbens verändert sich das Hydraulikvolumen der Arbeitskammer. Deshalb dient der Aktor vorzugsweise zur Steuerung oder Veränderung des Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer.
• Wird das Hydrolager zur Lagerung eines Motors eines Kraftfahrzeuges verwendet, so kann das Hydrolager 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.
• Werden von dem Sensor zur Messung der Schwingungen des Chassis hochfrequente Schwingungen erfasst, kann die Steuereinheit von dem Aktor ausgelenkt werden. Die Schwingungen des Motors verursachen entsprechend hochfrequente Druckschwankungen in der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer. Mit der Auslenkung der Steuereinheit werden diese hochfrequenten Druckschwankungen möglichst vollständig ausgeglichen. Bestenfalls kommt es somit zu einer Isolation, 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- beziehungsweise Geräuschemissionen.
• Durch die erläuterte Ansteuerung des Aktors und des entsprechenden Einwirkens auf die Steuereinheit 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. Dazu muss der Aktor eine Leistung aufweisen, die ein möglichst schnelles Auslenken der Steuereinheit ermöglicht. Grundsätzlich könnte hierzu der Versuch unternommen werden, die Steifigkeit der Steuereinheit besonders klein auszugestalten. So kann beispielsweise die Steifigkeit der Steuermembranen, insbesondere an ihrem Randbereich, besonders klein sein. Eine kleine Steifigkeit der Steuereinheit steht jedoch im Zielkonflikt mit einer gewünschten Blähsteifigkeit der Arbeitskammer. Denn um das Isolationsverhalten von zumindest quasistationären Schwingungen mittels der Tragfeder gewährleisten zu können, bedarf es einer Mindestblähsteifigkeit der Arbeitskammer. Die Steuereinheit, insbesondere in einer Ausgestaltung als Steuermembran, begrenzt die Arbeitskammer. Deshalb kann die genannte Mindestblähsteifigkeit nur dann erreicht werden, wenn auch die Steuereinheit bzw. die Steuermembranen eine entsprechende Steifigkeit aufweist. Eine Absenkung der Steifigkeit der Steuereinheit bzw. der Steuermembran ist also nicht wünschenswert. Um das Hydrolager wie gewünscht auf “weich“ zu schalten, müsste der Aktor deshalb eine höhere Leistung aufweisen. Mit der Erhöhung der Leistung der Aktors steigt die Masse des Aktors, und insbesondere die Masse des Ankers. Mit der Erhöhung der Masse des Ankers verringert sich jedoch die Resonanzfrequenz des Verbunds aus Steuereinheit und angekoppeltem Anker, was einen ohne starke Resonanzeffekte nutzbaren Frequenzbereich einschränken kann. Zudem erhöht sich eine Resonanzüberhöhung der genannten Resonanzfrequenz in analoger Weise, was mit stärkeren negativen Resonanzeffekten einhergeht. Durch die Erhöhung der Masse des Ankers vergrößert sich aber auch die dynamische Steifigkeit des Verbunds aus Steuereinheit und angekoppeltem Anker. Mit der dynamischen Steifigkeit ist der mechanische Widerstand gegen wechselnde Krafteinwirkungen gemeint. Darüber hinaus steigt mit der Erhöhung der Masse des Ankers auch der Verlustwinkel des zuvor genannten Verbundes. Unter dem Verlustwinkel wird der Winkel zwischen der Kraft des Ankers, der die Steuereinheit zum Auslenken anregt, und der tatsächlichen Auslenkung der Steuereinheit verstanden. Dabei eilt die Kraft der Auslenkung zumeist voraus. Dabei wirken sich die Erhöhung der dynamischen Steifigkeit und/oder des Verlustwinkel besonders stark im Bereich der Resonanzfrequenz des zuvor genannten Verbundes aus. Insbesondere aufgrund dieser Resonanzeffekte ist eine Erhöhung der Leistung des Aktors ebenfalls nicht wünschenswert. Um den Einfluss der zuvor genannten Resonanzeffekte zu verringern, könnte der Versuch unternommen werden, den Aktor und die Steuereinheit derart auszugestalten, dass die Resonanzfrequenz besonders hoch ist. Dazu müsste die Steifigkeit der Steuereinheit besonders groß und die Masse des Ankers besonders klein ausgestaltet sein. In diesem Fall wäre der Aktor jedoch nicht in der Lage, das Hydrolager wie gewünscht „weich“ zu schalten. Denn der Aktor hätte nicht die notwendige Leistung, um die Steuereinheit entsprechend schnell auslenken. Es besteht also ein Zielkonflikt zwischen einer möglichst hohen Steifigkeit der Steuereinheit und einer möglichst geringen Masse des Aktors, insbesondere des zugehörigen Ankers.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zu Grunde, ein Hydrolager mit einem Aktor zum Auslenken einer Steuereinheit bereitzustellen, wobei das Hydrolager eine möglichst gute Dämpfung und/oder Isolation gewährleistet. Dabei sollen diese Eigenschaften insbesondere für ein Schwingungsspektrum von quasi stationären Schwingungen bis zu höherfrequenten Schwingungen gelten.
• Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Hydrolager mit einer Tragfeder, einer von der Tragfeder zumindest teilweise umfassten Arbeitskammer, die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, einer Steuereinheit, die einen die Arbeitskammer begrenzenden Wandungsabschnitt bildet, und einen Aktor zum Auslenken der Steuereinheit, wobei der Aktor einen Stator und einen zum Stator auslenkbaren Anker aufweist, der Anker mit der Steuereinheit mechanisch gekoppelt ist, und das Hydrolager einen Tilger aufweist, der mit dem Anker mechanisch gekoppelt ist.
• Unter einem Tilger soll ein Schwingungstilger verstanden. Der Tilger wird deshalb auch als Schwingungstilger bezeichnet. Schwingungstilger sind grundsätzlich aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei sind unterschiedlichste Bauformen denkbar und für das Hydrolager realisierbar. Der Tilger ist mittelbar oder unmittelbar mit dem Anker mechanisch gekoppelt. Der Tilger kann also direkt mit dem Anker mechanisch verbunden sein. Alternativ kann der Tilger über weitere Mittel mit dem Anker mechanisch verbunden sein. Die Mittel dienen sodann zur Übertragung von Kräften zwischen dem Anker und dem Tilger. Alternativ oder ergänzend kann das Mittel zur Weganregung des Tilgers verwendet werden. Grundsätzlich kann der Tilger in einer Aktorlängsrichtung, in der der Anker auslenkbar ist, vor oder hinter dem Anker angeordnet sein. Durch die Verwendung des zuvor genannten Mittels, insbesondere eines Gelenksstößel, kann der Tilger jedoch auch an einer anderen Stelle des Hydrolagers platziert sein, um den für das Hydrolager zur Verfügung stehenden Bauraum möglichst optimal nutzen zu können.
• Der Tilger dient zur Dämpfung und/oder zur Eliminierung von Schwingungen, die von dem Anker hervorrufen und/oder ausgeführt werden. Um dies zu erreichen, kann die Eigenfrequenz des Tilgers einer Resonanzfrequenz des Aktors oder eines Verbunds aus der Steuereinheit und des Aktors bzw. des zugehörigen Ankers zumindest im Wesentlichen entsprechen. Indem die Eigenfrequenz des Tilgers auf die genannte Resonanzfrequenz abgestimmt ist, werden im Bereich der Resonanzfrequenz geringere Schwingungsamplituden auftreten. Korrespondierend wird eine Erhöhung der dynamischen Steifigkeit, wie sie im vorherigen Abschnitt erläutert wurde, vermieden. Entsprechendes gilt für den im vorherigen Abschnitt erläuterten Verlustwinkel. Mit anderen Worten werden die Resonanzeffekte effektiv verkleinert. Deshalb ist es möglich, den zugehörigen Zielkonflikt zu entschärfen. Denn nunmehr kann eine höhere Steifigkeit für die Steuereinheit und ein Aktor mit einer höheren Leistung für das Hydrolager vorgesehen sein, ohne gleichzeitig eine starke Überhöhung der dynamischen Steifigkeit und/oder des Verlustwinkel befürchten zu müssen.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Anker in einer Aktorlängsrichtung auslenkbar ist und der Tilger derart angeordnet ist, dass eine Tilgerwirkrichtung des Tilgers in Aktorlängsrichtung ist. Bei dem Aktor des Hydrolagers handelt es sich vorzugsweise um einen elektromagnetischen Aktor, insbesondere um einen Linearaktor. Der Anker ist deshalb translatorisch zu dem Stator bewegbar gelagert. Die Auslenkung erfolgt dabei in Aktorlängsrichtung. Der Anker ist mechanisch mit dem Tilger gekoppelt. Aus dem Stand der Technik sind Tilger grundsätzlich bekannt. Bei einem Tilger handelt es sich um eine schwingungsfähige Einheit. Dabei weist der Tilger zumindest eine Richtung, nämlich die Tilgerwirkrichtung, auf, in der der Tilger zur Schwingung angeregt werden kann, so dass Schwingungen des mit dem Tilger gekoppelten Ankers gedämpft und/oder eliminiert werden können. Der Tilger weist also in der Tilgerwirkrichtung die Eigenfrequenz auf, die zumindest im Wesentlichen der Resonanzfrequenz entspricht, die dem Anker oder einem Verbund von Steuereinheit und Anker zugeordnet ist. Indem die Tilgerwirkrichtung zumindest im Wesentlichen der Ankerlängsrichtung entspricht, können die bereits erläuterten Resonanzeffekte besonders effektiv verringert und/oder verhindert werden.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Tilger mittels der Steuereinheit an den Anker mechanisch gekoppelt ist. Die Steuereinheit, und insbesondere die Steuermembran, dient in diesem Fall als Verbindungsmittel zwischen dem Tilger und dem Anker. Somit kann die Steuereinheit eine Doppelfunktion haben, was ein Vorsehen von zusätzlichen Verbindungsmitteln überflüssig macht oder verringert. Somit ist eine derartige Ausgestaltung des Hydrolagers besonders kompakt. Darüber können die von dem Tilger ausgehenden Kräfte zur Verringerung der zuvor erläuterten Resonanzeffekte unmittelbar an die Steuereinheit bzw. einen Verbund aus Steuereinheit und Anker übertragen werden. Es treten also keine Kraftübertragungsverluste auf. Dies trägt ebenfalls zu einer kompakten Ausgestaltung des Hydrolagers bei. So können der Anker, die Steuereinheit und der Tilger beispielsweise in einer Reihenschaltung hintereinander miteinander mechanisch gekoppelt, insbesondere verbunden, sein. Alternativ ist es möglich, dass der Anker und der Tilger parallel zueinander mit der Steuereinheit mechanisch gekoppelt, insbesondere verbunden, sind. Welche der beiden zuvor genannten, beispielhaften Ausgestaltungen sinnvoll ist, wird oftmals durch den zur Verfügung stehenden Bauraum und/oder die gewünschte Reduzierung der Resonanzeffekte bestimmt.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Tilger einen Massekörper und einen Federkörper aufweist, wobei der Massekörper mittels des Federkörpers mit dem Anker bzw. der Steuereinheit verbunden ist. Somit kann es sich bei dem Tilger zumindest um eine schwingungsfähige Masse-Feder-Einheit handeln. Mit dem Federkörper ist der Massekörper sodann mit der Steuereinheit, und insbesondere an dem Anker, mechanisch gekoppelt. Der Tilger kann also einseitig mit der Steuereinheit bzw. dem Anker verbunden sein. Dies erleichtert die Herstellung eines derartigen Hydrolagers, was zugleich die Herstellungskosten verringert. Darüber hinaus lässt sich die Eigenfrequenz des Tilgers durch eine geeignete Wahl der Masse des Massekörpers und/oder der Steifigkeit des Federkörpers einstellen. Über die zuvor genannte Wahl kann die Eigenfrequenz deshalb auf die zuvor erläuterte Resonanzfrequenz konstruktiv eingestellt werden.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Tilger in der Arbeitskammer angeordnet ist. Eingangs wurde erläutert, dass die Tragfeder vorzugsweise als Hohlkörper ausgebildet sein kann, um die Arbeitskammer zumindest teilweise zu umfassen. In der Praxis wurde festgestellt, dass die von der Tragfeder gebildeten Wandabschnitte der Arbeitskammer beim Einfedern der Tragfeder bestimmte Bereiche der Arbeitskammer nicht erreichen. Mit anderen Worten können in der Arbeitskammer Bereiche vorgesehen sein, in dem der Tilger angeordnet werden kann, ohne dass es zu einer Kollision mit der Tragfeder, und zwar auch bei einem Einfedern der Tragfeder, kommt. Der Tilger kann also kollisionsfrei in der Arbeitskammer angeordnet werden. Dabei wird der von dem Hydrolager verwendete Bauraum besonders effektiv genutzt, was zu der Kompaktheit des Hydrolagers beiträgt. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn die Steuereinheit als Steuermembran ausgestaltet ist, wobei die Steuermembran einen Wandungsabschnitt der Arbeitskammer bildet und kammerinnenseitig mit dem Tilger verbunden ist. Dazu kann der Federkörper des Tilgers an der Kammerinnenseite der Steuermembran befestigt sein. In diesem Fall bilden der Anker, die Steuermembran und der Tilger eine mechanische Reihenschaltung.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Tilger einen Umströmungskörper aufweist, der von der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer umgeben ist. Wie zuvor erwähnt, handelt es sich bei dem Tilger um eine schwingungsfähige Einheit. Um die Dämpfungseigenschaften des Tilgers einzustellen, kann der Tilger den Umströmungskörper aufweisen. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Körper, der sich quer zu der Aktorlängsrichtung über den übrigen Teil des Tilgers hinaus erstreckt. Mit anderen Worten kann der Umströmungskörper von den quer zur Aktorlängsrichtung hervorragenden Teilen des Tilgers gebildet sein. Dabei kann der Umströmungskörper starr oder mit einer bestimmten, elastischen Nachgiebigkeit ausgestaltet sein. Der Umströmungskörper ist von der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer umgeben. Darunter ist zu verstehen, dass der Umströmungskörper in Aktorlängsrichtung in Kontakt mit der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer ist. Wird der Tilger in Aktorlängsrichtung zu Schwingungen angeregt, kommt es aufgrund des zuvor genannten Kontakts zu einer Bewegung der angrenzenden Hydraulikflüssigkeit, was eine entsprechende viskose Reibung bzw. Dämpfung hervorruft. Mit einer geeigneten Wahl der Masse des Massekörper, der Steifigkeit des Federkörpers und der viskosen Reibung des Umströmungskörper kann das Übertragungsverhalten des Hydrolagers eingestellt werden, um möglichst geringe Resonanzeffekte und/oder eine möglichst breitbandige Dämpfung zu erzielen.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Umströmungskörper eine Tilgermembran aufweist. Der Umströmungskörper kann also nach Art einer Membran ausgestaltet sein. Die Tilgermembran erstreckt sich vorzugsweise quer zu der Aktorlängsrichtung. Insbesondere bildet die Tilgermembran zumindest einen Teil des Umströmungskörpers. Somit entsteht eine besonders große Kontaktfläche zwischen der Tilgermembran und der Hydraulikflüssigkeit. Die Membran ist vorzugsweise elastisch verformbar und/oder weist eine bestimmte Steifigkeit in Aktorlängsrichtung auf. Durch die membranförmige Ausgestaltung des Umströmungskörpers kann der Tilger besonders kompakt ausgestaltet sein. Somit lässt sich der Tilger besonders einfach in der Arbeitskammer anordnen.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Umströmungskörper einen Rahmen aufweist, der die Tilgermembran hält. Die Tilgermembran kann also radial außenseitig an dem Rahmen befestigt sein. Der Rahmen kann in diesem Fall als ringförmiger, als ringsegmentförmiger oder als ringabschnittförmiger Körper ausgestaltet sein. Eine derartige Ausgestaltung des Rahmens erlaubt den Kontakt zwischen der Hydraulikflüssigkeit und der Tilgermembran in Aktorlängsrichtung.
• Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des Hydrolagers zeichnet sich dadurch aus, dass der Umströmungskörper den Massekörper des Tilgers bildet. So kann beispielsweise der Rahmen des Umströmungskörpers den Massekörper zumindest im Wesentlichen bilden. Alternative Ausgestaltungen sind jedoch denkbar. Indem der Umströmungskörper sowohl den Massekörper bildet und vorzugsweise die Tilgermembran aufweist, kann der Umströmungskörper eine Mehrfachfunktion haben. Damit lässt sich der Tilger besonders kompakt ausgestalteten. Vorzugsweise sind der Umströmungskörper und der Federkörper mechanisch miteinander verbunden. Für eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung kann der Federkörper sodann mit dem vom Umströmungskörper abgewandten Ende mit der Steuermembran verbunden sein, um die gewünschte Kopplung zwischen dem Tilger und dem Aktor bzw. dem zugehörigen Anker herzustellen. Eine derartige Ausgestaltung hat sich in der Praxis als besonders wirkungsvoll und/oder kompakt erwiesen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst, das ein Fahrzeuggestell, einen Motor und ein Motorlager aufweist, wobei das Motorlager eine lagernde Verbindung zwischen dem Motor und dem Fahrzeuggestell herstellt, und 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.
• Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
• 1 eine erste Ausführungsform des Hydrolagers in einer schematischen Querschnittsdarstellung,
• 2 eine zweite Ausführungsform des Hydrolagers in einer weiteren schematischen Querschnittsdarstellung, und
• 3 eine dritte Ausführungsform des Hydrolagers in einer weiteren schematischen Querschnittsdarstellung.
• Aus der 1 ist ein Hydrolager 2 zu erkennen. Das Hydrolager 2 umfasst eine als Gummielement ausgestaltete Tragfeder 4. Diese Tragfeder 4 ist für gewöhnlich als Hohlkörper ausgebildet, wobei unterseitig eine Öffnung vorgesehen ist und die Oberseite der Tragfeder 4 eine Abdeckung 30 aufweist. An der Abdeckung 30 ist zumeist ein Anschlusselement 32 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 4 schließt die Trennwand 34 an und bedeckt die Öffnung der Tragfeder 4. Zwischen der Tragfeder 4 und der Trennwand 34 bildet sich die Arbeitskammer 6 aus. Die Arbeitskammer 6 ist mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um ein Gemisch aus Öl und Wasser.
• Zur Isolation von Schwingungen, insbesondere mit einer Frequenz von mehr als 16 Hz, weist das Hydrolager 2 eine Steuereinheit 8 auf. Vorzugsweise ist diese Steuereinheit 8 als Steuermembran 8 ausgestaltet. Im Folgenden wird deshalb auf die Steuermembran 8 Bezug genommen. Grundsätzlich gilt der in diesem Zusammenhang erläuterte Inhalt jedoch auch für die Steuereinheit 8 im Allgemeinen. Diese Steuermembran 8 ist der Trennwand 34 zugeordnet. Die Steuermembran 8 kann dazu von Trennwand 34 selbst gebildet sein oder in die Trennwand 34 eingebracht sein. So kann die Trennwand 34 die Steuermembran 8 nach Art eines Rahmens einfassen. Somit bildet die Steuermembran 8 einen die Arbeitskammer 6 begrenzenden Wandungsabschnitt 10. Die Steuermembran 8 ist in Längsrichtung L des Hydrolagers 2 elastisch verformbar ausgestaltet. Entsprechend ihrer elastischen Verformbarkeit in Längsrichtung L vergrößert oder verkleinert sich das Arbeitskammervolumen der Arbeitskammer 6. Diese Verformbarkeit der Steuermembran 8 wird vorteilhaft genutzt, um höherfrequente Schwingungen zu isolieren. Dazu ist die Steuermembran 8 an ihrer von der Arbeitskammer 4 abgewandten Seite mechanisch mit einem Anker 16 eines elektromagnetischen Linearaktors 12 des Hydrolagers 2 verbunden. Der Linearaktor 12 weist außerdem einen Stator 14 auf, zu dem der Anker 16 beweglich gelagert angeordnet ist. Der Stator 14 ist mit seinem Statorgehäuse 36 an der Trennwand 34 und/oder an einem Basisgehäuse 38 des Hydrolagers 2 befestigt oder von dem Basisgehäuse 38, zumindest teilweise, gebildet.
• Außerdem ist aus der 1 eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Hydrolagers 2 zu erkennen, bei der der Anker 16 mittels eines mechanischen Ankerstößels 40, der dem Anker 16 zugeordnet ist, mit der Steuermembran 8 mechanisch verbunden ist. Vorzugsweise ist der Ankerstößel 40 mit dem übrigen Anker 16 kraftschlüssig, formschlüssig und/oder stoffschlüssig verbunden. So kann der Ankerstößel 40 mit dem übrigen Anker 16 verschraubt sein.
• Außerdem ist für das Hydrolager 2 eine Ausgleichskammer 42 vorgesehen. Hierzu schließt in Längsrichtung L unterhalb der Trennwand 34 das hohlzylindrische Basisgehäuse 38, das auch als Hydrolagergehäuse bezeichnet wird, an, dessen Innenraum durch einen flexiblen Trennkörper 46, der auch als Rollmembran bezeichnet wird, unterteilt ist. Der von der Trennwand 34 und dem Trennkörper 46 eingeschlossene Raum bildet die Ausgleichskammer 42 des Hydrolagers 2. Die Ausgleichskammer 42 ist bevorzugt ebenfalls mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt. Sie kann ebenfalls ein Gemisch aus Öl und Wasser sein.
• Die Trennwand 34 ist also zwischen der Arbeitskammer 6 und der Ausgleichskammer 42 angeordnet. Somit sind die Arbeitskammer 6 und die Ausgleichskammer 42 räumlich voneinander getrennt ausgebildet. Um die Arbeitskammer 6 und die Ausgleichskammer 42 flüssigkeitsleitend miteinander zu verbinden, erstreckt sich ein Drosselkanal 44 von der Arbeitskammer 6 zu der Ausgleichskammer 42. Mittels des Drosselkanals 44 sind die Arbeitskammer 6 und die Ausgleichskammer 42 hydraulisch miteinander verbunden. Zur verbesserten Dämpfung von niederfrequenten Schwingungen im Bereich zwischen 5 Hz und 16 Hz, die beispielsweise von einem Motor über die Abdeckung 30 auf die Tragfeder 4 und somit auch auf ein Arbeitskammervolumen der Arbeitskammer 6 wirken, ist der zwischen der Arbeitskammer 6 und der Ausgleichskammer 42 ausgebildete Drosselkanal 44 zum Austausch von Hydraulikflüssigkeit vorgesehen. Wird die Tragfeder 4 durch die Schwingungen gestaucht, führt dies zu einer Erhöhung des Drucks der Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 6 und/oder zu einer Verkleinerung des Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer 6. In beiden Alternativen erfolgt sodann ein Volumenstrom der Hydraulikflüssigkeit aus der Arbeitskammer 6 durch den Drosselkanal 44 in die Ausgleichskammer 42. Dabei entsteht Dämpfungsarbeit, was die einwirkenden Schwingungen dämpft.
• Um eine möglichst gute Dämpfung mittels des Drosselkanals 44 zu erreichen, bedarf es einer möglichst hohen Blähsteifigkeit. Unter der Blähsteifigkeit wird ein Widerstand gegen eine Vergrößerung des Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer 6 bei steigendem Druck der Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 6 verstanden. Ist der Widerstand niedrig, würde sich die Arbeitskammer 6 bei steigendem Druck in der Arbeitskammer aufblähen, anstatt dass Hydraulikflüssigkeit durch den Drosselkanal 44 strömt. Dies hätte eine geringere Dämpfung zur Folge, was jedoch nicht gewünscht ist.
• Der genannte Widerstand wird von der Steifigkeit der Tragfeder 4 und/oder der Steifigkeit der Steuermembran 8 beeinflusst, denn sie bilden begrenzende Wandungsabschnitte der Arbeitskammer 6. Dabei wird von der Steuermembran 8 der Wandungsabschnitt 10 gebildet. Um eine ausreichend hohe Blähsteifigkeit zu erreichen, ist also auch die Steifigkeit der Steuermembran 8 entsprechend hoch zu wählen. Mit der Erhöhung der Steifigkeit der Steuermembran 8 werden auch höhere Kräfte notwendig, um die Steuermembran 8 in Längsrichtung L der Hydrolagers 2 auslenken zu können, was für die gewünschte Isolationswirkung mittels der Steuermembran 8 notwendig ist. Zum Hervorrufen der entsprechend hohen Kräfte ist deshalb auch der Aktor 12 mit einer höheren Leistung auszulegen. Ein Aktor 12 mit einer höheren Leistung weist einen Stator 16 mit einer höheren Masse auf. Dies wiederum verursacht größere Resonanzeffekte. Hierzu zählen die Vergrößerung der dynamischen Steifigkeit des Verbunds aus Steuermembran 8 und Anker 16 und/oder die Vergrößerung des Verlustwinkels zwischen der von dem Anker 16 hervorgerufenen Kraft auf die Steuermembran 8 und einer hieraus folgenden Auslenkung der Steuermembran 8 in Längsrichtung L des Hydrolagers 2.
• Um die Resonanzeffekte zu mindern, ist ein Tilger 18 vorgesehen. Der Tilger 18 weist ein Federkörper 22 und einen Massekörper 20 auf. Der Federkörper 22 stellt die mechanische Kopplung zwischen der Steuermembran 8 und dem Massekörper 20 her. Dabei ist die Tilgerwirkrichtung T des Tilgers 18 in Aktorlängsrichtung K, in der der Anker 16 auslenkbar ist. Die Tilgerwirkrichtung T und die Aktorlängsrichtung K sind also gleichgerichtet und/oder parallel. Kommt es nun zu einer Auslenkung des Ankers 16 und somit zu einer Auslenkung der Steuermembran 8 in Aktorlängsrichtung K, wird auch der Tilger 18 in der korrespondierenden Tilgerwirkrichtung T angeregt. Die Eigenfrequenz des Tilgers 18 entspricht dabei zumindest im Wesentlichen der Resonanzfrequenz des Verbundes aus Steuermembran 8 und Anker 16. Der Tilger 18 ist also dazu ausgestaltet, um die Resonanzeffekte des genannten Verbundes zu mindern. Insbesondere kommt es zu einer Absenkung einer Resonanzüberhöhung. Außerdem kann eine Reduktion der zuvor genannte dynamische Steifigkeit und/oder des zuvor genannten Verlustwinkels im Resonanzbereich erreicht werden. Aufgrund dieser Verringerung der Resonanzeffekte kann das Hydrolager 2 eine hohe Steifigkeit für die Steuermembran 8 sowie einen besonders leistungsfähigen Aktor 12 aufweisen.
• Aus der 1 geht eine bevorzugte Ausgestaltung des Tilgers 18 hervor. Der Massenkörper 20 erstreckt sich in Querrichtung Q, also quer zur Längsrichtung L des Hydrolagers 2. Damit bildet der Massekörper 20 einen Umströmungskörper 24, der in Längsrichtung L zu beiden Seiten in Kontakt mit der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer 6 ist. Kommt es nun zu einer Anregung des Tilgers 18 in Tilgerwirkrichtung T, wird durch den Massenkörper 20 bzw. den Umströmungskörper 24 Hydraulikflüssigkeit bewegt, was zu einer viskosen Reibung sowie einer entsprechenden Dämpfung führt. Durch die Ausgestaltung des Massenkörpers 20 als Umströmungskörper 24 bildet der Massekörper 20 also auch ein Dämpfungsglied aus. Somit kann der Tilger 18 auch als Feder-Masse-Dämpfer-Einheit ausgestaltet sein.
• In der 2 ist eine weitere Ausgestaltung des Hydrolagers 2 schematisch dargestellt. Das Hydrolager 2 ist im Wesentlichen baugleich zu dem zuvor beschriebenen Hydrolager 2. Es gelten deshalb die analogen Erläuterungen, Merkmale und/oder Vorteile. Das Hydrolager 2 aus der 2 unterscheidet sich jedoch in der Ausgestaltung des Tilgers 18.
• Wie zuvor ist für den Tilger 18 ein Umströmungskörper 24 vorgesehen. Dieser Umströmungskörper 24 ist jedoch nicht von dem Massekörper 20 des Tilgers 18 gebildet. Vielmehr wird der Umströmungskörper 24 in diesem Fall von einer Tilgermembran 26 des Tilgers 18 gebildet. Die Tilgermembran 26 ist durch einen Verbindungselemente 48 mit der Steuermembran 8 verbunden und von dieser beabstandet. Die Tilgermembran 26 hat eine Erstreckung in Querrichtung Q. Radial außenseitig schließt an die Tilgermembran 26 der Massekörper 20 an. Der Massekörper 20 ist also mit der Tilgermembran 26 radial außenseitig verbunden. Die Tilgermembran 26 weist eine vorbestimmte Nachgiebigkeit in Längsrichtung L auf. Sie ist also in Längsrichtung L elastisch verformbar. Insbesondere an ihrem radial äußeren Endabschnitt kann die Tilgermembran 26 besonders elastisch verformbar ausgestaltet sein. Der Federkörper 22 des Tilgers 18 kann deshalb von der Tilgermembran 26, und insbesondere durch den radial äußeren Endabschnitt der Tilgermembran 26, gebildet sein. In Längsrichtung L des Hydrolagers 2 bilden sich oberhalb und unterhalb der Tilgermembran 26 Säulen von Hydraulikflüssigkeit mit einer jeweils bestimmten Masse aus. Wird der Tilger 18 in Tilgerwirkrichtung T angeregt, kommt es deshalb zu einer Fluidbewegung mit einer entsprechenden viskosen Reibung. Bei der Auslegung des Tilgers 18 können die zuvor genannten Säulen von Hydraulikflüssigkeit berücksichtigt werden, um die effektive Masse des Tilgers 18 zu bestimmen.
• In der 3 ist eine weitere Ausgestaltung des Hydrolagers 2 schematisch dargestellt. Das Hydrolager 2 ist im Wesentlichen baugleich zu den zuvor beschriebenen Hydrolagern 2. Es gelten deshalb die analogen Erläuterungen, Merkmale und/oder Vorteile. Das Hydrolager 2 aus der 3 unterscheidet sich jedoch in der Ausgestaltung des Tilgers 18.
• Der Tilger 18 weist in dieser Ausgestaltung einen starren Rahmen 28 auf, der einen Ringkörper 50 mit sich radial erstreckende Streben 52 umfasst. Der Rahmen 28 kann also nach Art eines Speichenrads ausgestaltet sein. Der Rahmen 28 ist mittels der zugehörigen Streben 52 und des Verbindungselemente 48 mit der Steuermembran 8 verbunden und von dieser beabstandet. Der Rahmen 28, und insbesondere der zugehörige Ringkörper 50, bilden den Massekörper 20 des Tilgers 18. Mit dem Ringkörper 50 kann der Rahmen 28 eine Öffnung ausbilden, in die die Tilgermembran 26 eingesetzt ist. Dabei besteht eine mechanische Verbindung zwischen dem radial außenseitigen Ende der Tilgermembran 26 und dem Ringkörpers 50. Da sich die Streben 52 in Radialrichtung erstrecken, ist die Hydraulikflüssigkeit aus der Arbeitskammer 6 in unmittelbaren Kontakt mit der Tilgermembran 26. Kommt es nun zu einer Anregung des Tilgers 18 in Tilgerwirkrichtung T, kann die Tilgermembran 26 Schwingungsbewegungen in Tilgerwirkrichtung T ausführen. Die Tilgermembran 26 kann also auch den Federkörper 22 des Tilgers 18 bilden. Außerdem dient die Tilgermembran 26 als Dämpfungsglied, da von der Tilgermembran 26 Hydraulikflüssigkeit bewegt wird, was eine viskosen Reibung und eine entsprechende Dämpfung zur Folge hat. In der Praxis hat sich die Ausgestaltung des Tilgers 18 mit dem Rahmen 28 und der darin eingefassten Tilgermembran 26 als besonders kompakt herausgestellt.
• Bezugszeichenliste

K

Ankerlängsrichtung

L

Längsrichtung

Q

Querrichtung

T

Tilgerwirkrichtung

2

Hydrolager

4

Tragfeder

6

Arbeitskammer

8

Steuereinheit bzw. Steuermembran

10

Wandungsabschnitt

12

Aktor

14

Stator

16

Anker

18

Tilger

20

Massekörper

22

Federkörper

24

Umströmungskörper

26

Tilgermembran

28

Rahmen

30

Abdeckung

32

Anschlusselement

34

Trennwand

36

Statorgehäuse

38

Basisgehäuse

40

Ankerstößel

42

Ausgleichskammer

44

Drosselkanal

46

Trennkörper

48

Verbindungselement

50

Ringkörper

52

Streben

Claims (10)

1. Hydrolager (2) mit – einer Tragfeder (4), – einer von der Tragfeder (4) zumindest teilweise umfassten Arbeitskammer (6), die mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, – einer Steuereinheit (8), die einen die Arbeitskammer (6) begrenzenden Wandungsabschnitt (10) bildet, und – einen Aktor (12) zum Auslenken der Steuereinheit (8), – wobei der Aktor (12) einen Stator (14) und einen zum Stator (14) auslenkbaren Anker (16) aufweist, – und der Anker (16) mit der Steuereinheit (8) mechanisch gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Hydrolager (2) einen Tilger (18) aufweist, der mit dem Anker (16) mechanisch gekoppelt ist.
2. Hydrolager (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (16) in einer Aktorlängsrichtung K auslenkbar ist und der Tilger (18) derart angeordnet ist, dass eine Tilgerwirkrichtung T des Tilgers (18) in Aktorlängsrichtung K ist.
3. Hydrolager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilger (18) mittels der Steuereinheit (8) an den Anker (16) mechanisch gekoppelt ist.
4. Hydrolager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilger (18) einen Massekörper (20) und einen Federkörper (22) aufweist, wobei der Massekörper (20) mittels des Federkörpers (22) mit dem Anker (16) bzw. der Steuereinheit (8) verbunden ist.
5. Hydrolager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilger (18) in der Arbeitskammer (6) angeordnet ist.
6. Hydrolager (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Tilger (18) einen Umströmungskörper (24) aufweist, der von der Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer (6) umgeben ist.
7. Hydrolager (2) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Umströmungskörper (24) eine Tilgermembran (26) aufweist.
8. Hydrolager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Umströmungskörper (24) einen Rahmen (28) aufweist, der die Tilgermembran (26) hält.
9. Hydrolager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Umströmungskörper (24) den Massekörper (20) des Tilgers (18) bildet.
10. Kraftfahrzeug mit – einem Fahrzeuggestell, – einem Motor und – einem Motorlager, das eine lagernde Verbindung zwischen dem Motor und dem Fahrzeuggestell herstellt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Motorlager durch ein Hydrolager (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.

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