DE102015006000B4

DE102015006000B4 - Aktiv schaltbares, hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102015006000B4
Application number: DE102015006000.7A
Authority: DE
Inventors: Fabian Hausberg; Stephan Beutler; Dominik Mohrlock
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-05-08
Filing date: 2015-05-08
Publication date: 2017-06-22
Anticipated expiration: 2035-05-09
Also published as: DE102015006000A1

Abstract

Aktiv schaltbares, hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Motorlager, mit einem an einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigbaren Lagergehäuse (12), einem tragenden, gummielastischen Elastomerkörper (14) mit einem Lagerkern (20), an dem eine Aggregatstütze anschließbar ist, einem im Lagergehäuse (12) zwischen einem Bodenteil (12b) und dem Elastomerkörper (14) befestigten, scheibenförmigen Trennelement (22) mit einem Drosselkanal (28) und/oder Drosselventilen, wobei das Trennelement (22) einen dem Elastomerkörper (14) zugewandten, flüssigkeitsbefüllten Arbeitsraum (16) und einen davon abgewandten, flüssigkeitsbefüllten Ausgleichsraum (18) begrenzt und der Ausgleichsraum (18) über eine Membran (24) von einem gasbefüllten Gehäuseraum (26) am Bodenteil (12b) abgeschlossen ist, sowie mit im Trennelement (22) eingeschlossenen zwei Luftpolstern (32, 34), von denen das eine (32) über eine Entkopplungsmembran (30) des Trennelements (22) an den Arbeitsraum (16) angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Luftpolster (34) über ein Ventil (38) an das Volumen des ersten Luftpolsters (32) ankoppelbar oder von diesem trennbar ist, wobei das Ventil (38) über eine elektrisch ansteuerbare Schalteinrichtung (40; 58) steuerbar ist, und dass die Schalteinrichtung (40; 58) durch einen Elektromotor (42) betätigbar ist, der in Kombination zugleich einen das Lagergehäuse (12) kühlenden Lüfter trägt, dass am Bodenteil (12b) des Lagergehäuses (12) Kühllamellen (52) und anschließend der Elektromotor (42) mit Lüfterrad angeordnet sind, und dass der Elektromotor (42) mittels der durch das Bodenteil (12b), den Gehäuseraum (26) und den Ausgleichsraum (18) zur Trennscheibe (22) geführten Antriebswelle (42a) die Schalteinrichtung (40; 58) betätigt, wobei die Antriebswelle (42a) das Lüfterrad trägt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein aktiv schaltbares, hydraulisch dämpfendes Aggregatelager, insbesondere Motorlager, für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige, aktiv schaltbare Aggregatelager für Kraftfahrzeuge der gattungsgemäßen Art haben den Vorteil, dass deren Dämpfungscharakteristik bzw. Kennwerte auf die fahrdynamischen Anforderungen gezielt anpassbar sind; beispielsweise ist eine weichere Lagerkennung im Leerlauf der Brennkraftmaschine und eine härtere Lagerkennung im Anfahrbereich und bei Lastwechseln des Kraftfahrzeugs wünschenswert. Bei aktiv schaltbaren Aggregatelagern ist es dazu bekannt, elektromagnetisch über eine Schalteinrichtung Zusatzvolumen (Luftpolster) in der hydraulischen Auslegung des Aggregatelagers zu- oder abzuschalten.
Die KR 100470795 B1 zeigt ein Aggregatelager mit einem in einer Zwischenmembran ausgebildeten Lüfterrad offenbart. Die DE 2012 0225 U1 offenbart ein Kühlprinzip aus passive Kühllamellen und einem daran befestigten Lüfter. Die EP 237 68 02 A1 zeigt ein Aggregatelager, an dessen unterem Lagerdeckel Kühllamellen für die Wärmeabfuhr ausgebildet sind.
Weiterhin sei noch auf die DE 103 32 081 A1 , die DE 60 2004 008 497 T2 , die US 4 877 225 A , die US 2009/0102105 A1 und die US 2012/0049424 A1 verwiesen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem gattungsgemäßen Aggregatelager eine Schalteinrichtung zum Umschalten der Dämpfungscharakteristik bereitzustellen, die zuverlässig und insbesondere geräuscharm funktioniert und die zudem kostengünstig eine Kühlung des Aggregatelagers ermöglicht.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Schalteinrichtung durch einen Elektromotor betätigt ist, der in Kombination zugleich einen das Lagergehäuse kühlenden Lüfter trägt.
Dazu können baulich und fertigungstechnisch günstig am Bodenteil des Lagergehäuses Kühllamellen und anschließend der Elektromotor mit Lüfter angeordnet sein.
Des Weiteren kann der Elektromotor mittels der durch das Bodenteil, den Gehäuseraum und den Ausgleichsraum zur Trennscheibe geführten Antriebswelle die Schalteinrichtung betätigen und somit bei geringem Teileaufwand und bauraumgünstig beide Funktionen Kühlung und Steuerung des Ventils gleichzeitig erfüllen.
Dabei kann in einer ersten, vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung die Antriebswelle mit dem Lüfter axial verschiebbar gelagert sein und das bewegliche Ventilelement tragen, wobei das Ventil durch den gehäuseseitigen Gegendruck des Lüfters im Lüfterbetrieb und bei einer definierten Drehzahl des Elektromotors entgegen der Vorspannkraft einer Feder linear geöffnet wird. Daraus resultiert eine besonders einfache Gestaltung des Ventils mit linearer Betätigung dessen beweglichen Ventilelements.
Alternativ dazu kann die Stelleinrichtung durch eine auf das Ventil wirkende Fliehkrafteinrichtung gebildet sein, wobei die Fliehkrafteinrichtung mit zunehmender Drehzahl des Elektromotors das Ventil entgegen einer eine Schließkraft ausübenden Feder öffnet. Dies ermöglicht eine feinfühlige, betriebssichere und absolut geräuscharme Ventilverstellung in den verschiedensten Betriebsphasen des Aggregatelagers. Die gewünschte Ventilverstellung ist über die Drehzahlsteuerung des Elektromotors in Endstellungen und Zwischenstellungen einstellbar und bewirkt als Nebenprodukt eine wirksame Kühlung des Aggregatelagers.
Dabei kann besonders bevorzugt die Fliehkrafteinrichtung durch zumindest zwei Fliehkraftpendel gebildet sein, die an der Welle gelenkig gelagert sind und die mit dem beweglichen Ventilelement des Ventils derart verbunden sind, dass sie bei erhöhter Drehzahl des Elektromotors das Ventilelement vom Ventilsitz des Ventils zunehmend abheben.
Des Weiteren kann die Fliehkrafteinrichtung mit den Fliehkraftpendeln und dem beweglichen Ventilelement innerhalb des ersten Luftpolsters und unterhalb der Entkopplungsmembran der Trennscheibe angeordnet bzw. in die Trennscheibe baulich und konstruktiv günstig integriert sein.
Schließlich kann die die Schließkraft erzeugende Feder durch eine in die Fliehkrafteinrichtung und insbesondere innerhalb des Luftpolsters angeordnete Schraubendruckfeder gebildet sein.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung naher erläutert. Es zeigen:
1 in einem Längsschnitt ein hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für Kraftfahrzeuge, mit einem im Lagergehäuse und einem tragenden Elastomerkörper eingeschlossenen Arbeitsraum, einem Ausgleichsraum und mit über einen Elektromotor und eine fliehkraftbetätigte Schalteinheit schwingungstechnisch zuschaltbarem Luftpolster, wobei der Elektromotor zusätzlich einen Kühlluft fördernden Lüfter aufweist;
2 die fliehkraftbetätigte Schalteinheit mit einem Ventil zum Zuschalten des Luftpolsters in vergrößerter Darstellung;
3 ein weiteres, alternatives Aggregatelager mit einem über eine axial verschiebbar gelagerte Antriebswelle des Elektromotors linear betätigbaren Ventil; und
4 das in der Trennscheibe gemäß 3 angeordnete Ventil in vergrößerter Darstellung.
Das Aggregatelager 10, insbesondere ein eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs abstützendes Motorlager, weist zunächst ein zweiteiliges Lagergehäuse 12 und einen tragenden Elastomerkörper 14 auf, zwischen denen ein mit Hydraulikflüssigkeit befüllter Arbeitsraum 16 und ein Ausgleichsraum 18 eingeschlossen ist.
Das Lagergehäuse 12 ist in nicht dargestellter Weise an einer Tragstruktur (zum Beispiel an einem Längsträger) des Kraftfahrzeugs befestigt, während die Brennkraftmaschine über eine Motorstütze an dem Lagerkern 20 des Aggregatelagers 10 über eine Schraubverbindung angeschlossen ist. Der Elastomerkörper 14 ist bevorzugt durch Vulkanisation fest mit dem Lagergehäuse 12 und dem Lagerkern 20 verbunden.
Das rotationssymmetrische Lagergehäuse 12 setzt sich aus einem oberen, ringförmigen Abschnitt 12a und einem Bodenteil 12b zusammen, zwischen denen eine Trennscheibe 22 eingespannt ist, die den Arbeitsraum 16 und den Ausgleichsraum 18 voneinander trennt.
Unterhalb der Trennscheibe 22 ist eine blähweiche Membran 24 im Bodenteil 12b angeordnet, die einen gasbefüllten Gehäuseraum 26 von dem Ausgleichsraum 18 abtrennt.
Die Trennscheibe 22 weist einen zum Beispiel halbkreisförmig ausgeführten Drosselkanal 28 definierten Querschnitts auf, der den Arbeitsraum 16 mit dem Ausgleichsraum 18 verbindet und eine Tilgerfunktion ausübt.
Ferner schließt eine an der Trennscheibe 22 vorgesehene Entkopplungsmembran 30 zwei zentrisch in der Trennscheibe 22 angeordnete Luftpolster 32, 34 bildende Räume ab, die durch eine Trennwand 36 unterteilt sind.
Das Luftpolster 34 unterhalb der Trennwand 36 kann mittels eines Ventils 38 an das darüber liegende Luftpolster 32 schwingungstechnisch angekoppelt werden, wobei das Ventil 38 über eine fliehkraftbetätigte Schalteinrichtung 40 und einen Elektromotor 42 mit einer zur Schalteinrichtung 40 geführten Antriebswelle 42a gesteuert ist.
Am Bodenteil 12b sind Kühllamellen 52 und daran anschließend der Elektromotor 42 angeordnet, wobei auf der Antriebswelle 42a des Elektromotors 42 ein Lüfterrad (nicht dargestellt) befestigt ist, mittels dem bei drehender Antriebswelle 42a Kühlluft von unten angesaugt, durch die Kühllamellen 52 gefördert und schließlich nach außen abgeführt wird. Die Ein- und Austrittsöffnungen für die Kühlluft sind nicht dargestellt.
Der Elektromotor 42 mit dem Lüfterrad und der Antriebswelle 42a kann bekannter Bauart sein und aufgrund des erforderlichen, nur geringen Antriebsdrehmoments entsprechend leicht und bauraumgünstig ausgeführt sein. Die Kühllamellen 52 können beispielsweise an das Bodenteil 12b angeformt oder in Verbindung mit dem Elektromotor 42 am Bodenteil 12b befestigt sein.
Die das Lüfterrad tragende Antriebswelle 42a des Elektromotors 42 ist dabei wie aus 1 ersichtlich ist durch die Kühllamellen 52, das Bodenteil 12b, durch die Membran 24, durch die Trennscheibe 22 bzw. deren Trennwand 36 in den das Luftpolster 32 bildenden Raum geführt und treibt die dort positionierte Schalteinrichtung 40 an.
Die 2 zeigt als Ausschnitt aus 1 teilweise die Trennscheibe 22 mit der Entkopplungsmembran 30, mit den in die Trennscheibe 22 integrierten Luftpolstern 32, 34, dem Ventil 38 und der über die Antriebswelle 42a des Elektromotors 42 angetriebenen Schalteinrichtung 40.
Das Ventil 38 weist ein ringförmiges, bewegliches Ventilelement 38a auf, das um die Antriebswelle 42a herum angeordnet im geschlossenen Zustand in der Trennwand 36 vorgesehene Durchströmöffnungen 36a als Ventilsitz abdeckt.
Auf der Antriebswelle 42a ist ferner an deren freiem Ende eine Schraubendruckfeder 44 abgestützt, die das Ventilelement 38a mit definierter Vorspannkraft gegen den Ventilsitz 36a drückt.
Ferner sind an der Antriebswelle 42a zum Beispiel über baulich einfache Bolzengelenke (allgemein mit 46 bezeichnet) zwei Fliehkraftpendel 48 angelenkt, die über Streben 50 mit entsprechenden Bolzengelenken 46 an das Ventilelement 38a derart angekoppelt sind, dass bei einer definierten Drehzahl der Antriebswelle 42a bzw. der Schalteinrichtung 40 fliehkraftbetätigt das Ventil 38 geöffnet und somit das Luftpolster 34 an das Luftpolster 32 schwingungstechnisch ankoppelt wird. Wird das Aggregatelager 10 bzw. der Lagerkern 20 mit einer definierten Kraft belastet, bildet sich ein Überdruck in dem Arbeitsraum 16 aus, der unter anderem ebenfalls auf die elastische Entkopplungsmembran 30 wirkt. Das in der Entkopplungsmembran 30 eingeschlossene Luftpolster 32 wirkt bei geschlossenem Ventil 38 wie ein Kissen (Feder) und erhöht somit die Gesamtsteifigkeit des Aggregatelagers 10.
Soll die Steifigkeit des Aggregatelager 10 reduziert werden, zum Beispiel bei definierten Betriebszuständen des Kraftfahrzeugs wie im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, so wird der Elektromotor 42 über ein geeignetes, elektronisches Steuergerät (zum Beispiel Motorsteuergerät) angesteuert, wodurch bei rotierender Antriebswelle 42a die Fliehkraftpendel 48 nach außen gezogen werden und das Ventilelement 38a anheben bzw. das Ventil 38 entgegen der Federkraft der Feder 44 öffnen. Dabei wird gleichzeitig über das Lüfterrad des Elektromotors 42 das Lagergehäuse 12 des Aggregatelagers 10 gekühlt.
In der offenen Stellung des Ventils 38 erzeugt die Entkopplungsmembran 30 aufgrund des erhöhten Volumens beider Luftpolster 32, 34 keinen bzw. einen geringeren Gegendruck, wodurch die Lagersteifigkeit insgesamt reduziert ist.
Durch die erfindungsgemäße, fliehkraftgesteuerte Betätigung des Ventils 38 über die Schalteinheit 40 und den Elektromotor 42 können Schaltgeräusche vermieden und feinfühlige Zwischenstellungen über die Drehzahlsteuerung des Elektromotors 42 eingestellt werden. Zudem kann das Aggregatelager 10 durch die fliehkraftgesteuerte Schalteinrichtung 40 mit einer geringeren Bauhöhe ausgeführt sein.
Die 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform der Erfindung, die nur soweit beschrieben ist, als sie sich wesentlich von den 1 und 2 unterscheidet. Funktionell gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Gemäß den 3 und 4 ist der Elektromotor 42 des Aggragatelagers 10' in einem an die Kühllamellen 52 angebauten Motorgehäuse 54 in axialer Richtung verschiebbar bzw. schwimmend gelagert und wird über eine an der Trennscheibe 22 abgestützte Schraubendruckfeder 56 (4) nach oben vorgespannt.
Die Antriebswelle 42a trägt an ihrem oberen Ende ein als Scheibe ausgebildetes Ventilelement 58a der Schalteinrichtung bzw. des die beiden Luftpolster 32, 34 verbindenden Ventils 58, wobei das Ventilelement 58a die in der Trennwand 36 angeordnete Durchströmöffnung 36a verschließt oder freigibt.
Die schwimmende Lagerung des Elektromotors 42 mit dem Lüfterrad auf der Antriebswelle 42a ist in Abstimmung mit der Feder 60 so konzipiert, dass bei nicht aktiviertem Elektromotor 42 bzw. stehender Antriebswelle 42a die Feder 60 das Ventil 58 geschlossen hält, wobei die Vorspannkraft der Feder 60 das Gewicht der Antriebseinheit 42, 42a geringfügig übersteigt.
Bei einer definierten Drehzahl der Antriebswelle 42a bzw. dem Lüfterrad erzeugt das Lüfterrad innerhalb der Kühllamellen 52 bei entsprechend abgestimmten Auslassschlitzen einen gehäuseseitig wirkenden Gegendruck, der ausreicht, den Elektromotor 42 entgegen der Kraft der Feder 60 nach unten zu verschieben und somit das Ventil 58 linear betätigt zu öffnen.
Die Funktion bezüglich Kühlung und Schwingungsdämpfung des Aggregatelagers 10' ist analog dem Aggregatelager 10 gemäß den 1 und 2.

Claims

Aktiv schaltbares, hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug, insbesondere Motorlager, mit einem an einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigbaren Lagergehäuse (12), einem tragenden, gummielastischen Elastomerkörper (14) mit einem Lagerkern (20), an dem eine Aggregatstütze anschließbar ist, einem im Lagergehäuse (12) zwischen einem Bodenteil (12b) und dem Elastomerkörper (14) befestigten, scheibenförmigen Trennelement (22) mit einem Drosselkanal (28) und/oder Drosselventilen, wobei das Trennelement (22) einen dem Elastomerkörper (14) zugewandten, flüssigkeitsbefüllten Arbeitsraum (16) und einen davon abgewandten, flüssigkeitsbefüllten Ausgleichsraum (18) begrenzt und der Ausgleichsraum (18) über eine Membran (24) von einem gasbefüllten Gehäuseraum (26) am Bodenteil (12b) abgeschlossen ist, sowie mit im Trennelement (22) eingeschlossenen zwei Luftpolstern (32, 34), von denen das eine (32) über eine Entkopplungsmembran (30) des Trennelements (22) an den Arbeitsraum (16) angekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Luftpolster (34) über ein Ventil (38) an das Volumen des ersten Luftpolsters (32) ankoppelbar oder von diesem trennbar ist, wobei das Ventil (38) über eine elektrisch ansteuerbare Schalteinrichtung (40; 58) steuerbar ist, und dass die Schalteinrichtung (40; 58) durch einen Elektromotor (42) betätigbar ist, der in Kombination zugleich einen das Lagergehäuse (12) kühlenden Lüfter trägt, dass am Bodenteil (12b) des Lagergehäuses (12) Kühllamellen (52) und anschließend der Elektromotor (42) mit Lüfterrad angeordnet sind, und dass der Elektromotor (42) mittels der durch das Bodenteil (12b), den Gehäuseraum (26) und den Ausgleichsraum (18) zur Trennscheibe (22) geführten Antriebswelle (42a) die Schalteinrichtung (40; 58) betätigt, wobei die Antriebswelle (42a) das Lüfterrad trägt.
Aggregatelager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (42a) mit dem Lüfterrad axial verschiebbar gelagert ist und das bewegliche Ventilelement (58a) trägt, wobei das Ventil (58) durch den gehäuseseitigen Gegendruck des Lüfters im Lüfterbetrieb und bei einer definierten Drehzahl der Antriebswelle (42a) des Elektromotors (42) entgegen der Vorspannkraft einer Feder (60) linear geöffnet wird.
Aggregatelager nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinrichtung (40) durch eine mit der Antriebswelle (42a) gekoppelte Fliehkrafteinrichtung (48, 50) betätigt ist.
Aggregatelager nach den Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkrafteinrichtung zumindest zwei Fliehkraftpendel (48) aufweist, die an der Antriebswelle (42a) gelenkig gelagert sind und die mit einem beweglichen Ventilelement (38a) des Ventils (38) derart verbunden sind, dass sie bei erhöhter Drehzahl der Antriebswelle (42a) des Elektromotors (42) das Ventilelement (38a) vom Ventilsitz (36a) des Ventils (38) zunehmend abheben.
Aggregatelager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkrafteinrichtung mit den Fliehkraftpendeln (48) und dem beweglichen Ventilelement (38a) innerhalb des ersten Luftpolsters (32) und unterhalb der Entkopplungsmembran (30) der Trennscheibe (22) angeordnet ist.
Aggregatelager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schließkraft erzeugende Feder durch eine in die Fliehkrafteinrichtung (48, 50) integrierte Schraubendruckfeder (44) gebildet ist.