DE102015009394B4

DE102015009394B4 - Hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015009394B4
Application number: DE102015009394.0A
Authority: DE
Inventors: Fabian Hausberg; Stefan Vollmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-07-18
Filing date: 2015-07-18
Publication date: 2018-07-26
Anticipated expiration: 2035-07-19
Also published as: DE102015009394A1

Abstract

Hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug mit zwei, als Tragfedern wirkenden, in einer Kraftachse (K) fluchtend in Reihe geschalteten ersten und zweiten Elastomerkörpern (3, 5), die über ein Lagergehäuse (1) axial miteinander verbunden sind und über Lagerkerne (7, 9) jeweils mit einem Aggregat und mit einer fahrzeugseitigen Tragstruktur verbindbar sind, wobei das Lagergehäuse (1) und die Elastomerkörper (3, 5) zwei Hydraulikkammern (13, 15) begrenzen, die in Axialrichtung über eine Trennscheibe (11) voneinander getrennt sind, und die beiden Hydraulikkammern (13, 15) mit einer Ausgleichskammer (23) strömungstechnisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (23) radial außerhalb der beiden Hydraulikkammern (13, 15) angeordnet ist, und dass die beiden Hydraulikkammern (13, 15) mit einem gemeinsamen Dämpfungskanal (21) mit der Ausgleichskammer (23) verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein solches Aggregatelager kann zwei, als Tragfedern wirkende in einer Kraftachse fluchtend in Reihe geschaltete erste und zweite Elastomerkörper aufweisen. Bei einer solchen Reihenschaltung sind Elastomerkörper mit größerer Steifigkeit verwendbar, was die Dauerfestigkeit des Gesamtlagers begünstigt.
Die Gesamtsteifigkeit der beiden Elastomerkörper ergibt sich nämlich wie folgt: 1/C_ges = 1/c₁ + 1/c₂. Exemplarisch erhält man also durch eine Reihenschaltung von zwei Elastomerkörpern, die jeweils eine Steifigkeit von 320N/mm aufweisen, ein Aggregatelager mit der äquivalenten Gesamtsteifigkeit von 160N/mm. Aus Festigkeitssicht ist eine solche Reihenschaltung günstiger, da die beiden Elastomerkörper jeweils nur mit dem halben Weg beaufschlagt werden, und zwar im Vergleich zu einem Einzel-Elastomerkörper mit einer Steifigkeit, die der Gesamtsteifigkeit in der obigen Elastomerkörper-Reihenschaltung entspricht.
Aus der DE 198 28 311 C2 ist ein gattungsgemäßes Aggregatelager bekannt, in dem die Elastomerkörper entlang einer Kraftachse, die der Hauptbelastungsrichtung auf Druck und auf Zug in Einbaulage definiert, in Reihe geschaltet sind. Die Lagerkerne der beiden Elastomerkörper sind jeweils mit einem Aggregat sowie mit einer fahrzeugseitigen Tragstruktur verbindbar. Das rotationssymmetrisch ausgeführte Lagergehäuse und die Elastomerkörper begrenzen zwei Hydraulikkammern sowie eine Ausgleichskammer, die über eine Trennwand und über eine Düsenscheibe miteinander kommunizieren.
In der DE 198 28 311 C2 ist die Ausgleichskammer, in Axialrichtung betrachtet, unmittelbar zwischen den beiden Hydraulikkammern angeordnet. Dadurch nimmt das Aggregatelager in der Axialrichtung eine große Bauhöhe ein.
Weiterhin sei im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung noch auf die US 6,068,246 A , die DE 36 10 611 A1 und die DE 39 06 373 A1 hingewiesen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Aggregatelager bereitzustellen, das im Vergleich zum Stand der Technik baulich einfacher sowie bauraumgünstiger ausgebildet ist und hinsichtlich einer hydraulischen Tilgerwirkung verbessert ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist die Ausgleichskammer nicht mehr in Axialrichtung zwischen den beiden Hydraulikkammern angeordnet, sondern vielmehr radial außerhalb davon, wodurch sich die axiale Bauhöhe im Vergleich zum Stand der Technik reduziert. Zudem sind die beiden Hydraulikkammern baulich einfach mit einem gemeinsamen Dämpfungskanal mit der Ausgleichskammer verbunden.
In einer technischen Umsetzung kann der gemeinsame Dämpfungskanal unmittelbar in der Trennscheibe zwischen den beiden Hydraulikkammern ausgebildet sein. Die Trennscheibe kann darüber hinaus zusätzlich einen Fluidkanal aufweisen, der die beiden Hydraulikkammern miteinander strömungstechnisch verbindet. Im Hinblick auf eine kompakte Ausführung der Strömungskanäle kann der gemeinsame Dämpfungskanal bevorzugt an einer Verzweigungsstelle vom Fluidkanal abzweigen.
Im Hinblick auf eine baulich einfache Gestaltung des Lagers kann die Ausgleichskammer in einem vom Lagergehäuse separaten Ausgleichsgehäuse ausgebildet sein. Das Ausgleichsgehäuse kann außenseitig am Lagergehäuse positioniert sein. Innerhalb des Ausgleichsgehäuses kann die Ausgleichskammer über eine Ausgleichsmembran von einer Luftkammer getrennt sein, in der bevorzugt Umgebungsdruck herrscht. Die Ausgleichsmembran ist im Vergleich zu den blähsteif ausgeführten Elastomerkörpern blähweich, das heißt mit geringerer Steifigkeit, ausgelegt.
Im Hinblick auf eine bauteilsteife Ausführung können die Elastomerkörper konisch ausgebildet sein, und zwar mit einem Konus-Mantel, der sich bis zu einem Konus-Scheitel verjüngt, in dem der jeweilige Lagerkern angeordnet ist. Bevorzugt kann das Lagergehäuse zusammen mit den beiden Elastomerkörpern mit Bezug auf die Trennscheibe spiegelsymmetrisch ausgebildet sein. Die beiden Elastomerkörper können zudem bevorzugt jeweils in Axialrichtung nach außen konisch zulaufend ausgeführt sein.
Der Fluidkanal zwischen den beiden Hydraulikkammern kann so bemessen sein, dass bei einer Anregung des Aggregatelagers durch hochfrequente Schwingungen geringer Amplitude der Fluidkanal und der Dämpfungskanal hydraulisch geschlossen sind, und zwar aufgrund der Massenträgheit der im Fluid- und Dämpfungskanal befindlichen Fluidmasse. In diesem Fall kann der Abbau der hochfrequenten Schwingungen geringer Amplitude durch ein Aufblähen der Elastomerkörper erfolgen. Die in diesem Fall zusätzlich wirkende Blähsteifigkeit kann nachteilig zu einer Übertragung der hochfrequenten Schwingungen auf den Fahrzeugaufbau, d.h. zu Akustikproblemen, führen.
Vor diesem Hintergrund kann die Trennscheibe im Lagergehäuse zumindest eine luftgefüllte sowie fluiddicht geschlossene Entkopplungskammer aufweisen, die über eine blähweiche Entkopplungsmembran von der ersten und/oder von der zweiten Hydraulikkammer getrennt ist. In diesem Fall erfolgt der Abbau der hochfrequenten Schwingungen geringer Amplitude nicht mehr durch ein nachteiliges Aufblähen der Elastomerkörper, sondern vielmehr mittels der Entkopplungsmembran, die im Belastungsfall gegen das Luftpolster der luftgefüllten Entkopplungskammer arbeitet.
Für eine einwandfreie hydraulische Tilgerwirkung bei einer Anregung des Aggregatelagers durch niederfrequente Schwingungen großer Amplitude kann der Dämpfungskanal geometrisch so ausgelegt sein, dass aufgrund der Schwingungsanregung eine Fluidbewegung der im Dämpfungskanal befindlichen Fluidmasse erfolgt, die sich unter Aufbau einer Gegenschwingung zwischen der Ausgleichskammer und den Hydraulikkammern bewegt und zumindest teilweise die eingetragenen Schwingungen tilgt. In diesem Fall bildet die Fluidmasse im Dämpfungskanal zusammen mit den Elastomerkörpern sowie der blähweichen Ausgleichsmembran ein Schwingungssystem, mit dem die auf das Aggregatelager eingetragenen Schwingungen zumindest teilweise getilgt werden können, und zwar ohne dass ein direkter Fluidaustausch zwischen den Hydraulikkammern erfolgt.
Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeiten oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 einen Längsschnitt durch ein Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug, und zwar in einer angedeuteten Betriebssituation, bei der das Aggregatelager mit hochfrequenten Schwinungen geringer Amplitude angeregt ist; und
2 eine der 1 entsprechende Ansicht, und zwar in einer Betriebssituation, bei der das Aggregatelager mit niederfrequenten Schwingungen großer Amplitude angeregt ist.

Die 1 und 2 sind im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung angefertigt ist, geben jedoch keinen realitätsgetreuen Aufbau des Aggregatelagers wieder. So ist in der 1 ein Längsschnitt durch ein Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug gezeigt. Das Aggregatelager setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einem metallischen Lagergehäuse 1, das in einer Hauptbelastungsrichtung, das heißt einer Kraftachse K durch einen oberen ringförmigen Elastomerkörper 3 und einen unteren ringförmigen Elastomerkörper 5 abgeschlossen ist. Das Lagergehäuse 1 sowie die beiden Elastomerkörper 3, 5 sind mit Bezug auf die Kraftachse K rotationssymmetrisch ausgeführt. Zudem ist jeder der Elastomerkörper 3, 5 konisch ausgebildet, und zwar jeweils mit einem Konus-Mantel, der sich axial nach außen bis zu einem Konus-Scheitel verjüngt, in dem jeweils ein Lagerkern 7, 9 angeordnet ist. Die beiden Lagerkerne 7, 9 des Aggregatelagers sind in der Einbaulage jeweils am Aggregat und einer gegenüberliegenden fahrzeugseitigen Tragstruktur anbindbar. Die beiden axial einander gegenüberliegenden Elastomerkörper 3, 5 sind zudem mit Bezug auf eine Trennscheibe 11 spiegelsymmetrisch ausgebildet. Die Trennscheibe 11 begrenzt jeweils zusammen mit dem Lagergehäuse 1 und den beiden Elastomerkörpern 3, 5 eine obere Hydraulikkammer 13 und eine untere Hydraulikkammer 15. Zudem ist das Lagergehäuse 1 in der Axialrichtung nach oben und nach unten jeweils mit Axialanschlägen 17 verlängert. Diese wirken mit Anschlagpuffern 18 an den Lagerkernen 7, 9 zusammen und im unbelasteten Zustand mit einem Freigang f axial nach außen von den jeweiligen Elastomerkörpern 3, 5 beabstandet sind. Im Anwendungsfall begrenzen die Axialanschläge 17 des Hydrauliklagers die Axialbewegungen des Aggregatelagers.
In der Trennscheibe 11 ist ein Fluidkanal 19 ausgebildet, der die beiden Hydraulikkammern 13, 15 miteinander verbindet. An einer Verzweigungsstelle zweigt ein Dämpfungskanal 21 quer vom Fluidkanal 19 ab. Der Dämpfungskanal 21 verbindet die beiden Hydraulikkammern 13, 15 mit einer Ausgleichskammer 23.
Wie aus der 1 weiter hervorgeht, ist die Ausgleichskammer 23 in einem radial außenseitig am Lagergehäuse 1 montierten Ausgleichsgehäuse 25 ausgebildet. Die Ausgleichkammer 23 ist im Ausgleichsgehäuse 25 über eine Ausgleichsmembran 27 von einer Luftkammer 29 getrennt, in der Umgebungsdruck vorherrscht.
Zudem weist die Trennscheibe 11 an ihren, den Hydraulikkammern 13, 15 zugewandten Seiten jeweils darin eingelassene Entkopplungskammern 31 auf, die luftgefüllt sowie fluiddicht nach außen geschlossen sind. Die Entkopplungskammern 31 sind über Entkopplungsmembrane 33 von der ersten und zweiten Hydraulikkammer 13, 15 getrennt. Sowohl die Entkopplungsmembrane 33 als auch die Ausgleichsmembran 27 sind im Vergleich zu den Elastomerkörpern 3,5 blähweich, das heißt mit reduzierter Festigkeit, ausgelegt.
In Abkehr zu den Figuren müssen die Entkopplungskammern 31 nicht unbedingt luftdicht abgeschlossen sein. Vielmehr ist es sogar vorteilhaft wenn in den Entkopplungskammern ein Umgebungsdruck herrscht.
In der 1 ist eine Betriebssituation angedeutet, bei der das Aggregatelager durch Schwingungen hoher Frequenz f₁ sowie geringer Amplitude y₁ angeregt wird. Bei einer Anregung des Aggregatelagers durch solche hochfrequenten Schwingungen mit geringer Amplitude y₁ ist der Fluidkanal 19 aufgrund der Masseträgheit der darin befindlichen Fluidmasse hydraulisch geschlossen. Ein Abbau von Schwingungsenergie (das heißt eine Schwingungsentkopplung) ergibt sich wie folgt: So kommt es zu einer vertikalen Verformung der Elastomerkörper 3, 5. Die vertikale Verformung der Elastomerkörper 3, 5 wird auf das Fluid in den Kammern 13, 15 übertragen. Das Fluid verdrängt die Entkopplungsmembrane 33, wodurch ein Aufblähen der Elastomerkörper 3, 5 verhindert wird und die gute Isolationswirkung (d.h. die hochfrequenten Schwingungen werden nicht auf die fahrzeugseitige Tragstruktur übertragen) des Lagers erhalten bleibt.
In der 2 ist eine Betriebssituation angedeutet, bei der das Aggregatelager durch Schwingungen niedriger Frequenz f₂ sowie großer Amplitude y₂ angeregt wird. Bei einer Anregung des Aggregatelagers durch solche niederfrequenten Schwingungen mit großer Amplitude y₂ erfolgt eine Fluidbewegung der im Dämpfungskanal 21 und im Fluidkanal 19 befindlichen Fluidmasse, wie es mit den Doppelpfeilen angedeutet ist.
Die obige Fluidbewegung wird durch die Druckverhältnisse in den Hydraulikkammern 13, 15 und in der Ausgleichskammer 23 bestimmt. Aufgrund der im Vergleich zu den beiden blähsteifen Elastomerkörpern 3, 5 blähweichen Auslegung der Ausgleichsmembran 27 ist der Strömungswiderstand im Dämpfungskanal 21 geringer als der Strömungswiderstand im Fluidkanal 19. Die Fluidmasse strömt daher zwischen den Hydraulikkammern 13, 15 und der Ausgleichskammer 23, und zwar ohne dass ein direkter Fluidaustausch zwischen den Hydraulikkammern 13, 15 erfolgt.
Die im Dämpfungskanal 21 strömende Fluidmasse baut dadurch eine Gegenschwingung auf, mit der die in das Aggregatelager eingetragenen, niederfrequenten Schwingungen hoher Amplitude y₂ zumindest teilweise getilgt werden können. Mit dem aus der im Dämpfungskanal 21 strömenden Fluidmasse sowie der blähweichen Ausgleichskammer 27 und den beiden Elastomerkörpern 3, 5 wird somit ein Schwingungssystem bereitgestellt, mit dem die niederfrequenten Schwingungen großer Amplitude y₂ wirkungsvoll getilgt werden können.

Claims

Hydraulisch dämpfendes Aggregatelager für ein Kraftfahrzeug mit zwei, als Tragfedern wirkenden, in einer Kraftachse (K) fluchtend in Reihe geschalteten ersten und zweiten Elastomerkörpern (3, 5), die über ein Lagergehäuse (1) axial miteinander verbunden sind und über Lagerkerne (7, 9) jeweils mit einem Aggregat und mit einer fahrzeugseitigen Tragstruktur verbindbar sind, wobei das Lagergehäuse (1) und die Elastomerkörper (3, 5) zwei Hydraulikkammern (13, 15) begrenzen, die in Axialrichtung über eine Trennscheibe (11) voneinander getrennt sind, und die beiden Hydraulikkammern (13, 15) mit einer Ausgleichskammer (23) strömungstechnisch verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (23) radial außerhalb der beiden Hydraulikkammern (13, 15) angeordnet ist, und dass die beiden Hydraulikkammern (13, 15) mit einem gemeinsamen Dämpfungskanal (21) mit der Ausgleichskammer (23) verbunden sind.
Aggregatelager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Dämpfungskanal (21) in der Trennscheibe (11) ausgebildet ist.
Aggregatelager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennscheibe (11) einen Fluidkanal (19) aufweist, der die beiden Hydraulikkammern (13, 15) miteinander verbindet, und dass der gemeinsame Dämpfungskanal (21) an einer Verzweigungsstelle vom Fluidkanal (19) abzweigt.
Aggregatelager nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (23) in einem Ausgleichsgehäuse (25) ausgebildet ist, dass das Ausgleichsgehäuse (25) außenseitig am Lagergehäuse (1) angeordnet ist.
Aggregatelager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgleichskammer (23) über eine Ausgleichsmembran (27) von einer mit Umgebungsdruck beaufschlagten Luftkammer (29) getrennt ist, wobei die Ausgleichsmembran (27) im Vergleich zu den blähsteifen Elastomerkörpern (3, 5) blähweich, das heißt mit geringerer Steifigkeit ausgebildet ist.
Aggregatelager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Elastomerkörper (3, 5) konisch ausgebildet ist, und zwar mit einem Konus-Mantel, der sich bis zu einem Konus-Scheitel verjüngt, in dem der Lagerkern (7, 9) angeordnet ist, und dass das Lagergehäuse (1) mit den Elastomerkörpern (3, 5) mit Bezug auf die Trennscheibe (11) spiegelsymmetrisch ausgebildet sind.
Aggregatelager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennscheibe (11) zumindest eine luftgefüllte, fluiddicht geschlossene Entkopplungskammer (31) aufweist, die über eine Entkopplungsmembran (33) von der ersten oder zweiten Hydraulikkammer (13, 15) getrennt ist.
Aggregatelager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lagergehäuse (1) Axialanschläge (17) aufweist, die mit einem Freigang (a) axial nach außen von den jeweiligen Elastomerkörpern (3, 5) beabstandet sind.
Aggregatelager nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (21) und der Fluidkanal (19) so bemessen sind, dass bei einer Beaufschlagung des Aggregatelagers durch hochfrequente Schwingungen geringer Amplitude (y₁) der Fluid- und der Dämpfungskanal (19, 21) hydraulisch geschlossen sind und der Abbau der Schwingungsenergie mittels der zumindest einen Entkopplungsmembran (33) erfolgt, die gegen das Luftpolster in der luftgefüllten Entkopplungskammer (31) arbeitet.
Aggregatelager nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Dämpfungskanal (21) so bemessen ist, dass bei einer Beaufschlagung des Aggregatelagers durch niederfrequente Schwingungen hoher Amplitude (y₂) eine Fluidbewegung der im Dämpfungskanal (21) befindlichen Fluidmasse erfolgt, und zwar unter Aufbau einer die eingetragenen Schwingungen zumindest teilweise tilgenden Gegenschwingung.