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Die Erfindung betrifft eine Lagerung eines Antriebsaggregats in einem Kraftfahrzeug mittels zumindest zweier jeweils auf einer tragenden Struktur des Fahrzeug-Aufbaus abgestützter Lager und einer mit dem Antriebsaggregat und dem Fahrzeug-Aufbau verbundenen sog. Pendelstütze, welche vorgesehen ist, Pendelbewegungen oder Schüttelbewegungen des Antriebsaggregats abzustützen und hierfür vorrangig in einer Längsrichtung der Pendelstütze Kräfte zwischen dem Antriebsaggregat und dem Fahrzeug-Aufbau zu übertragen. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
DE 10 2006 057 873 A1 verwiesen, welche eine Lagerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt und ferner auf die gattungsfremde
DE 10 2009 046 950 A1 , die eine semiaktive ebenfalls sog. Pendelstütze an einem Fahrwerk-Stabilisator eines zweispurigen Fahrzeugs zeigt. Als weiterer Stand der Technik sei noch die
DE 10 2012 223 365 A1 genannt, die eine Schalldämpfungsvorrichtung mit einem Dämpfungselement aus einem „Smart Material” zeigt, welches bspw. durch ein magnetorheologisches Elastomermaterial gebildet ist.
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Die Lager eines bspw. durch einen Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Getriebe gebildeten Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs werden gemeinhin auch als Motorlager bezeichnet und haben die Aufgabe, einerseits die Bewegungen des Antriebsaggregats im Betrieb zu begrenzen, wofür möglichst steife Lager benötigt werden, und andererseits den Eintrag von störenden Schwingungsanregungen in den Fahrzeug-Aufbau, d. h. praktisch in die Karosserie des Kraftfahrzeugs zu minimieren, wofür die Lager möglichst weich gestaltet werden sollten. Diese Anforderungen verursachen folglich einen Zielkonflikt hinsichtlich der Steifigkeit der in den üblichen Motorlagern üblicherweise verwendeten Elastomermaterialien, so dass sich teils aufwändige Lösungen in Serie befinden, wie bspw. hydraulisch gedämpfte oder auch schaltbare Motorlager.
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Auch mit solchen aufwändigen Lösungen für Motorlager lässt in manchen Fällen die Kontrolle der Aggregate-Bewegungen, unter anderem bzw. insbesondere beim Starten und Abstellen des Verbrennungsmotors, zu wünschen übrig. Dabei können nämlich störende Schüttelbewegungen mit relativ großen Amplituden entstehen, die üblicherweise über eine weitere Lagerstelle abgestützt werden. Diese weitere Abstützung hat vorrangig die Aufgabe, Pendelbewegungen des Antriebsaggregats abzustützen und wird deshalb auch Pendelstütze genannt. Da eine solche Pendelstütze üblicherweise in gewisser Entfernung von den (üblicherweise) unten liegenden Motorlagern vorgesehen ist, um hierdurch eine ausreichende Abstützbasis zu schaffen, ist diese Pendelstütze jedoch für den Eintrag von störenden Schwingungsanregungen in den oberen Bereich der den sog. Motorraum bzw. das Antriebsaggregat umhüllenden Karosseriestruktur des Fahrzeugs mit verantwortlich. In diesem Bereich der Karosseriestruktur bzw. des Fahrzeug-Aufbaus, der sich (jedenfalls bei Personenkraftwagen) erschwerend relativ nahe bei den Fahrzeug-Insassen befindet, ist die lokale Steifigkeit jedoch nicht extrem hoch ausgeprägt, weshalb hier dann ein nachteiliger akustischer Übertragungspfad vorliegt.
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Eine Abhilfemaßnahme für diese geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist für eine Lagerung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des vorrangigen Kraftübertragungspfades der Pendelstütze in Richtung von deren vorrangiger Kraftübertragung angesteuert veränderbar ist. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche, wonach beispielsweise die nach Art einer Federkonstante gemessene Steifigkeit im vorrangigen Kraftübertragungspfad der Pendelstütze oder eines die Pendelstützte bildenden Bauelements um einen Faktor in der Größenordnung von 10 bis 30 veränderbar ist. In anderen Worten ausgedrückt kann dann entweder eine Steifigkeit „x” oder eine Steifigkeit von (beispielsweise) „20x” eingestellt werden. Ferner sei ausdrücklich erwähnt, dass, wenngleich vorstehend insbesondere ein Verbrennungsmotor mit nachgeschaltetem Getriebe als Fahrzeug-Antriebsaggregat genannt wurde, die vorliegende Erfindung für beliebige Antriebsaggregate und somit auch für einen Elektromotor geeignet ist.
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Um den oben geschilderten Zielkonflikt zwischen einer steifen Anbindung oder Abstützung des Antriebsaggregats an den bzw. am Fahrzeug-Aufbau (über die besagte Pendelstütze) zur wirksamen Vermeidung von Schüttelbewegungen einerseits und einer möglichst weichen Anbindung im Hinblick auf eine gute akustische Entkopplung andererseits aufzulösen, wird eine gezielt schaltbare Steifigkeitsänderung für die Pendelstütze bzw. deren Kraftübertragungspfad vorgeschlagen. Dieser auch als vorrangiger Kraftübertragungspfad bezeichnete Kraftübertragungspfad übernimmt die weiter oben genannte vorrangige Aufgabe der genannten weiteren Abstützung durch die Pendelstütze, nämlich Pendelbewegungen des Antriebsaggregats abzustützen. Wenn nun erfindungsgemäß die Steifigkeit dieses Kraftübertragungspfades gezielt schaltbar und somit angesteuert veränderbar ist, so kann in solchen Betriebsbedingungen, in denen diese Abstützung höhere Kräfte übertragen muss und somit dringend benötigt wird, nämlich bspw. beim Starten eines das Antriebsaggregat bildenden Verbrennungsmotors, signifikant steifer gestaltet werden, als in anderen Betriebszuständen, in denen nur eine geringe Kraftübertragung erfolgt, so wie dies bspw. bei Konstant-Fahrt des Kraftfahrzeug bspw. auf einer Autobahn der Fall ist. Im letztgenannten Fall kann die Steifigkeit des Kraftübertragungspfades somit minimal geschaltet werden, was eine Geräuschdämmung bewirkt, d. h. in diesem Zustand werden kaum Schwingungen und somit kaum Geräusche durch die Pendelstütze vom Antriebsaggregat in den Fahrzeug-Aufbau eingeleitet.
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Die besagte Steifigkeitsänderung im vorrangigen Kraftübertragungspfad der Pendelstütze kann dabei in denjenigen Lagerstellen vorgesehen sein, über welche die Pendelstütze am Antriebsaggregat oder am Fzg.-Aufbau abgestützt ist; alternativ kann aber auch die Pendelstütze selbst bzw. ein beliebig gestaltetes Bauelement, welches diese Pendelstütze bildet, dahingehend ausgebildet sein, dass dessen Steifigkeit in der bevorzugten Kraftübertragungsrichtung bzw. in deren Kraftübertragungspfad gezielt und wegen der relativ einfachen Darstellbarkeit vorzugsweise zwischen zwei diskreten Zuständen veränderbar ist. So kann in einem sog. Grundzustand eine relativ weiche Abstützung und damit eine relativ geringe Steifigkeit bspw. in der Größenordnung von 10 N/mm vorgesehen sein – wobei die Steifigkeit als Federkonstante bzw. nach Art einer solchen definiert ist – während bei Bedarf einer intensiveren Abstützung des Antriebsaggregats gegenüber dem Fzg.-Aufbau bspw. eine Steifigkeit in der Größenordnung von 100 N/mm bis 300 N/mm eingestellt werden kann.
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Relativ einfach und für die Größenordnung des vorliegenden Anwendungsfalles günstig sind solche verschiedenen diskret schaltbaren Steifigkeiten mit elektrorheologischen oder magnetorheologischen Flüssigkeiten darstellbar. Im bereits mehrfach genannten bevorzugten Kraftübertragungspfad der Pendelstütze (einschließlich deren Lagerstellen) kann somit zumindest eine verformbare Kammer oder dgl. vorgesehen sein, die mit einer elektrorheologischen oder magnetorheologischen Flüssigkeit befüllt ist bzw. zwischen mehreren Kammern durch einen verengten Querschnitt überströmen kann, so dass die Steifigkeit dieser Kammer oder Kammern durch Anlegen von elektrischer Spannung oder eines Magnetfeldes gegenüber einem Zustand ohne elektrische Spannung oder ohne Magnetfeld veränderbar ist. Nach dem gleichen Prinzip ist die Steifigkeit im besagten Kraftübertragungspfad mittels eines (grundsätzlich bekannten) magnetorheologischen Elastomermaterials veränderbar, welches in diesem Kraftübertragungspfad geeignet eingebunden ist. Ein Ausführungsbeispiel hierfür zeigen die im Folgenden erläuterten Skizzen.
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Die beigefügten Prinzipskizzen zeigen als 1 in perspektiver Darstellung und in 2 im Schnitt eine erfindungsgemäße Pendelstütze 1 zwischen einem nicht dargestellten Fzg.-Antriebsaggregat, an welchem die Pendelstütze 1 mit ihrem hier linksseitigen Endabschnitt 2 geeignet abgestützt sei, und einem ebenfalls nicht dargestellten Fahrzeug-Aufbau, an welchem die Pendelstütze 1 mit ihrem hier rechtsseitigen Endabschnitt 3 geeignet abgestützt ist. Dabei besteht die hier gezeigte Pendelstütze 1 aus einem linksseitigen Teilstück 1a und einem rechtsseitigen Teilstück 1b, die über ein magnetorheologisches Elastomerelement 4 kraftübertragend miteinander verbunden sind. Ein bevorzugter Kraftübertragungspfad, über den diese Pendelstütze 1 Kräfte über ihre beiden Endabschnitte 2, 3 oder zwischen ihren beiden Endabschnitten 2, 3 überträgt, erstreckt sich im Wesentlichen, d. h. mit Ausnahme des im Weiteren erläuterten Elastomerelements 4 in Längsrichtung L dieser Pendelstütze 1, die in 2 horizontal verläuft.
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Die einen Bestandteil des genannten Kraftübertragungspfades bildende kraftübertragende Verbindung zwischen den beiden Teilstücken 1a und 1b der Pendelstütze 1 ist nach Art eines dem Fachmann bekannten Gummilagers oder Elastomerlagers ausgebildet. Dementsprechend ist das dem linksseitigen Teilstück 1a zugewandte Ende des rechtsseitigen Teilstückes 1b nach Art einer hohl-kreiszylindrischen Lager-Hülse H ausgebildet, innerhalb derer sich das nach Art einer kreiszylindrischen Lager-Buchse B ausgebildete und dem rechtsseitigen Teilstück 1b zugewandte Ende des linksseitigen Teilstückes 1a befindet. Wie insbesondere aus 1 hervorgeht, ist hierfür der die Lager-Buchse B tragende Endabschnitt des linksseitigen Teilstückes 1a gegabelt ausgeformt.
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In einer einen Kraftübertragungspfad bildenden Weise miteinander verbunden sind die sog. Lager-Hülse H des Teilstücks 1b und die sog. Lager-Buchse B des Teilstücks 1a über das bereits genannte magnetorheologische Elastomerelment 4, welches hier der besseren Wirksamkeit wegen ähnlich wie bei bekannten Elastomerlagern senkrecht zur Längsrichtung L der Pendelstütze 1 ausgerichtet ist. Abweichend hiervon kann dieses Elastomerelement 4 auch unter einem anderen beliebigen Winkel zur Längsrichtung L der Pendelstütze 1 liegen. Jedenfalls für das vorliegende Ausführungsbeispiel wesentlich ist, dass dieses magnetorheologische Elastomerelement 4 derart im besagten Kraftübertragungspfad der Pendelstütze 1 liegt, dass durch Veränderung des Elastizitätsmoduls dieses Elastomerelements 4 die Steifigkeit des Kraftübertragungspfades der Pendelstütze 1 signifikant veränderbar ist. Veränderbar ist dabei der Elastizitätsmodul des magnetorheologischen Elastomerelements 4, welches aus einem magnetorheologischem Elastomermaterial gebildet ist, in bekannter Weise durch Anlegen eines Magnetfeldes an dieses Elastomerelement 4, bzw. Abschalten eines zuvor am Elastomerelement 4 anliegenden Magnetfeldes. Ein solches auf das magnetorheologische Elastomerelement 4 einwirkendes Magnetfeld kann insbesondere durch elektrisches Bestromen einer (in den Figuren nicht dargestellten) Elektromagnetspule, welche das magnetorheologische Elastomermaterial bzw. Elastomerelement 4 umschließt, dargestellt werden.
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Indem mittels eines bspw. in der eingangs genannten
DE 10 2012 223 3365 A1 beschriebenen Elastomermaterials die Steifigkeit bzw. Federrate der Pendelstütze
1 (oder allgemein eines deren beschriebene Funktion übernehmenden Bauelements) in einer Antriebsaggregat-Lagerung eines Kraftfahrzeugs signifikant veränderbar ist – mit einer weichen Federrate im elektrisch unbestromten Zustand einer Magnetspule und einer harten Kennung im bestromten Zustand dieser ein auf das Elastomermaterial einwirkendes Magnetfeld aufbauenden Magnetspule – lässt sich der eingangs erläuterte Zielkonflikt zwischen einer wirksamen Kontrolle von größeren Bewegungen des Antriebsaggregats und einer guten akustischen Entkopplung auflösen. Dabei kann es ausreichend sein, wenn das Anlegen des Magnetfeldes bspw. nur kurzzeitig während des Startes oder Abschaltens eines das Antriebsaggregat bildenden Verbrennungsmotors erfolgt, während im üblichen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs eine weiche Federrate ohne Bestromung der Magnetspule eingestellt wird. Das entsprechende Schalten der Magnetspulen-Bestromung kann dabei einfach durch eine elektronische Steuereinheit erfolgen, welche aber auch Signale einer geeigneten Sensorik, die Pendelschwingungen oder dgl. des Antriebsaggregats registriert, auswerten kann und damit die Steifigkeit der Pendelstütze
1 bedarfsabhängig verändern kann.
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Selbstverständlich kann eine Vielzahl von Merkmalen anders als beim erläuterten Ausführungsbeispiel gestaltet sein. Beispielsweise kann eine erfindungsgemäße und hinsichtlich ihrer Steifigkeit veränderbare, bspw. zwischen zwei diskreten Werten schaltbare Pendelstütze auch als Zug-/Druck-Stab mit zwei Lagern ausgeführt sein oder als ein zentrales Lagerelement, dessen Außenbuchse bzw. Innenbuchse mit dem Fahrzeug-Aufbau bzw. mit dem Antriebsaggregat verbunden ist. Auch kann die Steifigkeitsänderung anders als unter Verwendung eines magnetorheologischen Elastomermaterials dargestellt sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006057873 A1 [0001]
- DE 102009046950 A1 [0001]
- DE 102012223365 A1 [0001]
- DE 1020122233365 A1 [0012]
