DE102015006653B4

DE102015006653B4 - Aktiv schaltbares, hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015006653B4
Application number: DE102015006653.6A
Authority: DE
Inventors: Fabian Hausberg
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2017-07-06
Anticipated expiration: 2035-05-23
Also published as: DE102015006653A1

Abstract

Aktiv schaltbares, hydraulisch dämpfendes Aggregatelager (10) für ein Kraftfahrzeug 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, der über eine Membran (24) von einem luftbefüllten Gehäuseraum (26) am Bodenteil (12b) abgeschlossen ist, sowie mit zwei im Trennelement (22) eingeschlossenen Luftpolstern (32, 34), von denen das eine (32) über eine Entkopplungsmembran (30) des Trennelements (22) an den Arbeitsraum (16) angekoppelt ist und das zweite Luftpolster (34) über eine elektrisch ansteuerbare Schalteinheit (42) und ein Ventil (38) an das Volumen des ersten Luftpolsters (32) ankoppelbar oder von diesem trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (40) durch einen Elektromotor (42) und eine auf das Ventil (38) wirkende Fliehkrafteinrichtung (48, 50) gebildet ist, wobei die Fliehkrafteinrichtung (48, 50) mit zunehmender Drehzahl der Antriebswelle (42a) des Elektromotors (42) das Ventil (38) entgegen einer eine Schließkraft ausübenden Feder (44) öffnet.

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 ein Kraftfahrzeug 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 in der hydraulischen Auslegung des Aggregatelagers zu- oder abzuschalten.
Die DE 103 32 081 A1 zeigt ein hydraulisch dämpfendes Lager mit einer Arbeitskammer und einer Ausgleichskammer, die mit einer hydraulisch dämpfenden Flüssigkeit gefüllt und durch eine Zwischenplatte voneinander getrennt sind, wobei die Arbeitskammer und die Ausgleichskammer durch einen Überströmkanal und einen Bypasskanal miteinander gekoppelt sind, der durch einen Aktor freigebbar und verschließbar ist. Der Bypasskanal ist außerhalb des Aktors angeordnet und der Aktor ist pneumatisch zu schalten.
Die DE 697 18 236 T2 offenbart ein flüssigkeitsgefülltes, elastisches Lager, welches auf Grund von Strömungen einer darin enthaltenen Flüssigkeit Schwingungsdämpfungs- und Isoliereigenschaften zeigt, und wobei das elastische Lager in geeigneter Weise als ein Lager für eine Brennkraftmaschine verwendet wird, das angepasst ist, eine Antriebseinheit eines Motorfahrzeugs auf einem geeigneten Tragelement des Fahrzeugs schwingungsdämpfend zu lagern. Das Lager ist insbesondere in der Lage unterschiedliche Schwingungsdämpfungs- und Isoliereigenschaften durch Ändern von Betriebszuständen von drei Öffnungen bereitzustellen, die auf jeweilige Frequenzbereiche abgestimmt sind.
Die US 5,246,212 A beschreibt ein flüssigkeitsgefülltes elastisches Lager mit einem ersten und einem zweiten Trägerteil und einem elastischen Körper zur Verbindung des ersten und zweiten Trägerteils. Das Lager hat ferner eine Kammer, die einem wechselnden Unterdruck ausgesetzt werden kann, wodurch sich ein flexibles Diaphragma in einer Druckkammer verformen lässt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ausgehend von dem gattungsgemäßen Aggregatelager eine Schalteinrichtung zum Umschalten der Dämpfungscharakteristik bereitzustellen, die zuverlässig und insbesondere geräuscharm funktioniert.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angeführt.
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Schalteinheit durch einen Elektromotor und eine auf das Ventil wirkende Fliehkrafteinrichtung gebildet ist, wobei die Fliehkrafteinrichtung mit zunehmender Drehzahl des Elektromotors das Ventil entgegen einer eine Schließkraft ausübenden Feder öffnet. Entgegen einer linearen, elektromagnetisch bewirkten Betätigung der Schalteinheit bzw. des Ventils mit gegebenenfalls auftretenden Schaltgeräuschen ermöglicht die vorgeschlagene Schalteinheit 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.
Baulich und fertigungstechnisch günstig kann der Elektromotor unterhalb des Bodenteils angeordnet sein und mittels einer durch das Bodenteil, den Gehäuseraum und den Ausgleichsraum zur Trennscheibe geführten Welle die Fliehkrafteinrichtung antreiben.
Des Weiteren kann 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.
In einer besonders vorteilhaften Anordnung kann die Fliehkrafteinrichtung mit den Fliehkraftpendeln und dem beweglichen Ventilelement innerhalb des ersten Luftpolsters und unterhalb der Entkopplungsmembrane 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.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beigefügten, schematischen Zeichnung näher 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; und
2 die fliehkraftbetätigte Schalteinheit mit einem Ventil zum Zuschalten des Luftpolsters in vergrößerter Darstellung.
Das Aggregatelager 10, insbesondere ein eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs abstützendes Motorlager, weist ein zweiteiliges Lagergehäuse 12 und einen tragenden Elastomerkörper 14 auf, zwischen denen ein mit Hydraulikflüsssigkeit 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 Membrane 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 bewirkt.
Ferner schließt eine an der Trennscheibe 22 vorgesehene Entkopplungsmembrane 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 Schalteinheit 40 und einen am Bodenteil 12b außenliegenden Elektromotor 42 mit einer zur Schalteinheit 40 geführten Antriebswelle 42a gesteuert ist.
Der Elektromotor 42 kann bekannter Bauart und mit relativ geringen Ausmaßen (Gewicht) ausgeführt sein, da der Antrieb der Schalteinheit 40 nur ein geringes Drehmoment bei definierten Drehzahlauslegungen erfordert.
Die Antriebswelle 42a des Elektromotors 42 ist dabei wie aus 1 ersichtlich ist durch das Bodenteil 12b, durch die Membrane 24, durch die Trennscheibe 22 bzw. die Trennwand 38 in den das Luftpolster 32 bildenden Raum geführt und treibt die dort positionierte Schalteinheit 40 an.
Die 2 zeigt als Ausschnitt aus 1 teilweise die Trennscheibe 22 mit der Entkopplungsmembrane 30, mit den in die Trennscheibe 22 integrierten Luftpolstern 32, 34, dem Ventil 38 und der über die Antriebswelle 42a des Elektromotors 42 angetriebenen Schalteinheit 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 Schalteinheit 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 Entkopplungsmembrane 30 wirkt. Das in der Entkopplungsmembrane 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.
In der offenen Stellung des Ventils 38 erzeugt die Entkopplungsmembrane 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 Schalteinheit 40 mit einer geringeren Bauhöhe ausgeführt sein.

Claims

Aktiv schaltbares, hydraulisch dämpfendes Aggregatelager (10) für ein Kraftfahrzeug 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, der über eine Membran (24) von einem luftbefüllten Gehäuseraum (26) am Bodenteil (12b) abgeschlossen ist, sowie mit zwei im Trennelement (22) eingeschlossenen Luftpolstern (32, 34), von denen das eine (32) über eine Entkopplungsmembran (30) des Trennelements (22) an den Arbeitsraum (16) angekoppelt ist und das zweite Luftpolster (34) über eine elektrisch ansteuerbare Schalteinheit (42) und ein Ventil (38) an das Volumen des ersten Luftpolsters (32) ankoppelbar oder von diesem trennbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (40) durch einen Elektromotor (42) und eine auf das Ventil (38) wirkende Fliehkrafteinrichtung (48, 50) gebildet ist, wobei die Fliehkrafteinrichtung (48, 50) mit zunehmender Drehzahl der Antriebswelle (42a) des Elektromotors (42) das Ventil (38) entgegen einer eine Schließkraft ausübenden Feder (44) öffnet.
Aggregatelager (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromotor (42) unterhalb des Bodenteils (12b) angeordnet ist und mittels einer durch das Bodenteil (12b), den Gehäuseraum (26) und den Ausgleichsraum (18) zur Trennscheibe (22) geführten Antriebswelle (42a) die Fliehkrafteinrichtung (48, 50) antreibt.
Aggregatelager (10) nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkrafteinrichtung (48, 50) durch zumindest zwei Fliehkraftpendel (48) gebildet ist, die an der Antriebswelle (42a) gelenkig gelagert sind und die mit dem beweglichen Ventilelement (38a) des Ventils (38) derart verbunden sind, dass sie bei erhöhter Drehzahl des Elektromotors (42) das Ventilelement (38a) vom Ventilsitz (36a) des Ventils (38) zunehmend abheben.
Aggregatelager (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fliehkrafteinrichtung (48, 50) mit den Fliehkraftpendeln (48) und dem beweglichen Ventilelement (38a) innerhalb des ersten Luftpolsters (32) und unterhalb der Entkopplungsmembrane (30) der Trennscheibe (22) angeordnet ist.
Aggregatelager (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die die Schließkraft erzeugende Feder (44) durch eine in die Fliehkrafteinrichtung (48, 50) integrierte Schraubendruckfeder (44) gebildet ist.