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Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Aggregatelager der gattungsgemäßen Art mit zwei seriell über das Lagergehäuse verbundenen, tragenden Elastomerkörpern beschreibt beispielsweise die
DE 198 28 311 C2 . Die Elastomerkörper und das Lagergehäuse schließen je eine Fluidkammer ab, die über eine Dämpfungseinrichtung mit einer verstellbaren Düsenscheibe und einer einen Drosselkanal aufweisenden Trennscheibe miteinander kommunizieren können. Vorteilhaft dabei ist unter anderem, dass durch die serielle Zusammenschaltung der beiden Elastomerkörper und durch deren geometrische und materialspezifische Auslegung eine gezielte Gesamtsteifigkeit des Aggregatelagers bei guten Dämpfungseigenschaften einstellbar ist.
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Zwar bietet das aus der
DE 198 28 311 C2 bekannte Lager eine gute Dämpfung in verschiedenen Frequenzbereichen. Jedoch ist es sehr komplex aufgebaut und in einer Axialrichtung mit großer Bauhöhe ausgebildet.
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Aus der
DE 198 12 837 A1 ist ein hydraulisch dämpfendes Aggregatelager mit fluidgefüllten Kammern bekannt, wobei die Lagercharakteristik durch eine Tragfeder einstellbar ist. Die Tragfeder begrenzt dabei zusammen mit der Außenwandung einer der Kammern einen Zwischenraum, der über ein Ventil be- und/oder entlüftbar ist.
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Die
DE 101 06 001 A1 zeigt einen Schwingungsabsorber mit zwei Elastomerkörpern und einer mit Fluid gefüllten Hauptkammer. In der Hauptkammer ist ein bewegbares Element vorgesehen, das so hin- und herbewegbar ist, das auftretende Schwingungen verringert werden können.
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Aus der
DE 36 10 611 A1 ist ein Aggregatelager mit zwei getrennten Lagereinheiten bekannt, die gleichsinnig hintereinander angeordnet sind. Die erste Lagereinheit weist einen Hohlraum auf, der von einem Gummikörper und einer nachgiebigen Membran umschlossen ist. Der Gummikörper ist dabei über einen Stützkörper und einer Befestigungsschraube an dem Antriebsmotor angebunden.
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Die
DE 28 25 524 A1 beschreibt einen Stoßdämpfer, wobei zwei stoßabsorbierende Gummikörper verwendet werden, die die Form eines an der oberen und unteren Seite offenen abgestumpften Hohlkegels aufweisen.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Aggregatelager bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik baulich einfacher und bauraumgünstiger ausgebildet ist sowie hinsichtlich der Ansprechempfindlichkeit auf Schwingungsanregungen verbessert ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die Erfindung besteht sinngemäß darin, Tragfedern (das heißt die Elastomerkörper) mit geringer Steifigkeit durch die Reihenschaltung mehrerer Tragfedern (oder anderen elastischen Elementen) mit höherer Steifigkeit zu erzielen. Daraus ergibt sich die Gesamtsteifigkeit wie folgt: 1/cges = 1/c1 + 1/c2.
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Beispielsweise erhält man so ein Lager mit der äquivalenten Steifigkeit von 160 N/mm durch die Reihenschaltung von zwei Elastomeren (oder anderen elastischen) Elementen mit der jeweiligen Steifigkeit von 320 N/mm. Aus Festigkeitssicht ist diese Ausführung günstiger, weil die beiden Tragfedern (elastischen Elemente) jeweils nur mit dem halben Weg beaufschlagt werden, als eine einzelne Tragfeder mit der geringeren Gesamtsteifigkeit. Betrachtet man die Widerstandsfähigkeit der Elastomere gegenüber Wärmeeinwirkung, so erhöht sich diese auch mit steigender Shorehärte (Festigkeit).
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Vor diesem Hintergrund kann neben der Optimierung der Festigkeitseigenschaften durch Reihenschaltung von elastomeren (oder anderen elastischen) Elementen, eine gleichzeitige Aufrechterhaltung der vollen hydraulischen Tilgerwirkung bewirkt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform kann das Motorlager einen Befestigungsabschnitt aufweisen, mit dem es am Aggregat fixiert wird. Der Befestigungsabschnitt ist in einem ersten Elastomerkörper einvulkanisiert. Dieser ist über ein Zwischenblech mit einem zweiten Elastomerkörper verbunden. Der zweite Elastomerkörper ist mit dem Gehäuse verbunden. Beide Tragkörper bilden die Außenwandung der oberen und unteren fluidgefüllten Arbeitskammer und Ausgleichskammer aus. Die obere Arbeitskammer wird auf ihrer Unterseite mit der Membranscheibe abgeschlossen. Der Hydraulikkanal ist in die Membranscheibe eingelassen. Der Hydraulikkanal stellt die Verbindung zur unteren Ausgleichskammer her, die ihrerseits durch einen weichen Elastomerkörper abgeschlossen wird. Erfindungswesentlich ist, dass die Relativverschiebung beider Elemente zu einer Fluidbewegung durch den Hydraulikkanal führt. Durch das zusätzliche elastische Element wird daher die hydraulische Tilgerwirkung des Lagers nicht beeinträchtigt.
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Die obige Ausführungsform zeichnet sich in einer Weiterentwicklung durch eine geschickte Anordnung der (in Konstruktionslage) unteren Tragfeder aus. Diese wird auf Zug belastet, wenn die obere Tragfeder auf Druck belastet wird. Man erzeugt also eine Kräfteumkehr.
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Dementsprechend baut sich in der (in der Konstruktionslage) oberen Arbeitskammer ein Druck und in der unteren Arbeitskammer ein Unterdruck auf. Dies fördert die Fluidbewegung durch den Hydraulikkanal in Richtung des kleinsten Druckes (von oberer in untere Arbeitskammer) und unterstützt die hydraulische Tilgerwirkung des Lagers.
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In der vorliegenden Erfindung sind die Elastomerkörper derart angeordnet, dass die Druckbelastung einer Elastomerfeder zur Zugbelastung der gegenüberliegenden Elastromerfeder führt.
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Die Vorteile der Erfindung sind eine einfache und kompakte Bauweise. Zudem erlaubt es die Serienschaltung zweier Federn, verschiedene (höhere) Shorehärten zu wählen und somit das Kautschuk widerstandsfähiger gegen Verschleiß und Wärmeeinwirkung zu machen. Außerdem ergeben sich mehr Abstimmungsmöglichkeiten durch die Shorehärtemischungen.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Elastomerkörper so ausgebildet sind, dass sie bei Druckbelastung des Aggregatelagers in der Arbeitskammer einen stärker zunehmenden Flüssigkeitsdruck als in der Ausgleichskammer bewirken. Neben dem Vorteil einer gezielten Abstimmung der Gesamtsteifigkeit des Aggregatelagers durch geometrisch und zum Beispiel in der Shorehärte unterschiedliche Elastomerkörper wird die Ansprechempfindlichkeit des Aggregatelagers auf Schwingungsanregungen deutlich verbessert bzw. der Fluidaustausch zwischen Arbeitskammer und Ausgleichskammer und damit verbunden die Dämpfungseffizienz erhöht.
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Dazu sind erfindungsgemäß die beiden Elastomerkörper im Querschnitt betrachtet etwa umgekehrt V-förmig ausgebildet und in gleicher Anordnung mit dem Lagergehäuse und den Lagerkernen verbunden. Daraus resultiert einerseits eine verminderte Bauhöhe des Aggregatelagers, indem der eine Elastomerkörper in das Lagergehäuse integrierbar ist und andererseits eine gezielte Drucksteuerung in den Fluidkammern, wobei der eine Elastomerkörper in der Hauptbelastungsrichtung auf Druck und der gegenüberliegende Elastomerkörper auf Zug beansprucht ist.
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In der obigen Ausführungsform sind die beiden Elastomerkörper konisch ausgeführt, und zwar mit jeweils einem konusförmigen Mantel, der an einem Konus-Scheitel spitz zuläuft. Am Konus-Scheitel des jeweiligen Elastomerkörpers ist jeweils ein Lagerkern angeordnet. Die beiden Lagerkerne sind entlang einer Lager-Achse, um die herum sich die Elastormerkörper im Wesentlichen rotationssymmetrisch erstrecken, in Flucht hintereinander angeordnet. Wie oben erwähnt sind die Elastomerkörper in gleicher Anordnung mit dem Lagergehäuse/Lagerkernen verbunden. D.h. die beiden konusartigen Elastomerkörper laufen, in Axialrichtung betrachtet, nicht gegensinnig (d.h. in entgegengesetzten Richtungen) auseinander, sondern gleichsinnig am jeweiligen Lagerkern zusammen.
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Des Weiteren kann besonders zweckmäßig der der Arbeitskammer zugewandte Elastomerkörper in einer höheren Steifigkeit und/oder in einer größeren Dimension als der der Ausgleichskammer benachbarte, auf Zug beanspruchte Elastomerkörper ausgeführt sein.
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Das Lagergehäuse kann in fertigungs- und montagetechnisch günstiger Weise zumindest zweiteilig ausgeführt sein, wobei die beiden Elastomerkörper an ihrem Außenumfang mit jeweils einem Abschnitt des Lagergehäuses fest verbunden sind.
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Schließlich kann in an sich bekannter Weise die hydraulische Dämpfungseinrichtung durch eine im Lagergehäuse befestigte Trennscheibe mit einem in diese integrierten Drosselkanal gebildet sein, wobei besonders bevorzugt die Trennscheibe zwischen teleskopisch zusammengefügten, rotationssymmetrischen Abschnitten des Lagergehäuses eingespannt ist.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher erläutert.
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Die Zeichnung zeigt einen Längsschnitt durch ein Aggregatelager für Kraftfahrzeuge mit einem Lagergehäuse, zwei Elastomerkörpern und einer eine Arbeitskammer und eine Ausgleichskammer unterteilenden, hydraulischen Dämpfungseinrichtung.
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Das stark vereinfacht dargestellte Aggregatelager 10 für Kraftfahrzeuge (zum Beispiel ein Motorlager oder ein Getriebelager) setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einem metallischen Lagergehäuse 12, das in der Hauptbelastungsrichtung Z durch einen oberen, ringförmigen Elastomerkörper 14 und einem unteren, ringförmigen Elastomerkörper 16 abgeschlossen ist.
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Der dazwischen mit einem Fluid, insbesondere einer Hydraulikflüssigkeit, befüllte Raum ist durch eine Dämpfungseinrichtung 18 an sich bekannter Weise in eine obere Arbeitskammer 20 und eine untere Ausgleichskammer 22 unterteilt.
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Die Dämpfungseinrichtung 18 ist beispielsweise durch eine Trennscheibe 24 gebildet, in die ein Drosselkanal 26 mit in bekannter Weise zueinander versetzten Ein- und Austrittsöffnungen 26a, 26b integriert ist.
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Die Dämpfungseinrichtung 18 kann zusätzlich oder alternativ mit einseitig oder beidseitig wirkenden Drosselventilen (nicht dargestellt) versehen sein.
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Der ringförmige, obere Elastomerkörper 14 ist an seinem Außenumfang mit einem oberen Abschnitt 12a des Lagergehäuses 12 und mit einem zentrischen Lagerkern 14a bevorzugt durch Vulkanisation fest verbunden.
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Am Lagerkern 14a ist zum Beispiel ein Schraubbolzen 14b vorgesehen, mittels des das Aggregatelager 10 zum Beispiel mit einer Motorstütze oder Getriebestütze fest verbindbar ist.
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Des Weiteren ist der untere, ringförmige Elastomerkörper 16 mit seinem stirnseitigen Außenbereich an einem radial nach innen eingezogenen Stützring 12c des zweiten Abschnitts 12b des rotationssymmetrischen Lagergehäuses 12 und mit einem zentrischen Lagerkern 16a bevorzugt durch Vulkanisation fest verbunden.
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Der Lagerkern 16a trägt wiederum einen Schraubenbolzen 16b, mittels des das Aggregatelager 10 an einer nicht dargestellten Tragstruktur des Kraftfahrzeugs, zum Beispiel an einem Längsträger, befestigbar ist.
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Die beiden Elastomerkörper 14, 16 sind im Querschnitt betrachtet umgekehrt V-förmig ausgebildet, wobei deren Anordnung wie aus der Zeichnung ersichtlich gleich ist; das heißt, dass beide Elastomerkörper 14, 16 mit ihrer „Spitze“ nach oben ausgerichtet sind, wobei der untere Elastomerkörper 16 in das Lagergehäuse 12 bzw. in die Ausgleichskammer 22 integriert ist. D.h. dass die beiden Elastomerkörper 14, 16 konisch ausgeführt sind, und zwar mit jeweils einem konusförmigen Mantel, der an einem Konus-Scheitel spitz zuläuft. Am Konus-Scheitel des jeweiligen Elastomerkörpers 14, 16 ist jeweils einer der Lagerkerne 14a, 16a angeordnet. Die beiden Lagerkerne 14a, 16a sind entlang der Lager-Achse (d.h. der Hauptbelastungsrichtung Z) in Flucht hintereinander angeordnet. Wie oben erwähnt, sind die beiden Elastomerkörper 14, 16 mit ihrer „Spitze“ nach oben ausgerichtet, d.h. die beiden konusartigen Elastomerkörper 14, 16 laufen, in der Axialrichtung betrachtet, nicht gegensinnig, sondern gleichsinnig am jeweiligen Lagerkern 14a, 16a zusammen.
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Die rotationssymmetrischen Abschnitte 12a, 12b des Lagergehäuses 12 sind bevorzugt teleskopisch durch eine Gewindeverbindung oder eine Pressverbindung fest zusammengefügt, wobei die Trennscheibe 24 montagegünstig zwischen den beiden Abschnitten 12a, 12b fest eingespannt ist.
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Durch die beschriebene Anordnung und Ausgestaltung der Elastomerkörper 14, 16 wird bei einer Belastung des Aggregatelagers 10 in der Hauptbelastungsrichtung Z der obere Elastomerkörper 14 auf Druck und gleichzeitig der untere Elastomerkörper 16 auf Zug beansprucht.
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Die gezeigte Anordnung bewirkt somit, dass im dynamischen Belastungsfall des Aggregatelagers 10 der Flüssigkeitsdruck in der Arbeitskammer 20 stärker ansteigt als in der Ausgleichskammer 22, in der gegebenenfalls sogar Unterdruck auftreten kann. Diese gezielt auftretende Druckdifferenz fördert das Ansprechverhalten und die hydraulische Tilgerwirkung der Dämpfungseinrichtung 18 bzw. des Aggregatelagers 10.
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Die in ihrer konstruktiven Auslegung gegebenenfalls unterschiedlichen Elastomerkörper 14, 16 (geometrisch, Shorehärte, etc.) sind zudem so ausgeführt, dass eine konstruktiv gezielte Gesamtsteifigkeit des Aggregatelagers 10 gegeben ist.
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Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt.
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Gegebenenfalls können auch andere, gummielastische Lagerkörper vorgesehen sein, die in ihrer Anordnung und geometrischen Auslegung in der Hauptbelastungsrichtung Z auf Druck und Zug beansprucht sind und die dabei die angestrebte Auswirkung auf den Flüssigkeitsdruck oberhalb und unterhalb der Dämpfungseinrichtung 18 steuern.
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Die Dämpfungseinrichtung 18 kann zusätzlich oder alternativ mit gegebenenfalls frequenzabhängig steuerbaren Drosselventilen ausgeführt sein.
