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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hydrolager, insbesondere ein schaltbares oder steuerbares Hydrolager, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, einen Motor mit einem derartigen Hydrolager gemäß dem Anspruch 13 sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Motor gemäß dem Anspruch 14.
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Zur Isolation von Schwingungen sind verschiedene Arten und Ausführungen von Lagern bekannt. Zu diesen gehören die sog. Hydrolager oder auch Hydrauliklager. Sie dienen zur elastischen Abstützung von Aggregaten, insbesondere von Kraftfahrzeugmotoren. Mit Hilfe derartiger z. B. zwischen einem Motor und einem Chassis eines Kraftfahrzeugs angeordneter Hydrolager soll verhindert werden, dass sich Motor-Vibrationen auf das Fahrzeuggestell übertragen.
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Bei einem Hydrolager kann eine Flüssigkeit wie z.B. eine Hydraulikflüssigkeit zwischen einer Arbeitskammer und einer Ausgleichkammer über einen Drosselkanal hin und her bewegt werden. Eine Drosseleinheit trennt das Flüssigkeitsvolumen zwischen der Arbeitskammer und der Ausgleichskammer und bildet den Drosselkanal aus, der die Arbeitskammer und die Ausgleichskammer verbindet. Da der Drosselkanal einen Strömungswiderstand darstellt, können Schwingungen, welche über eine Tragfeder wie üblicherweise ein Elastomerelement auf die Arbeitskammer wirken, durch die Flüssigkeitsbewegungen durch den Drosselkanal hindurch gedämpft werden. Hierbei werden Schwingungen bis üblicherweise ca. 5 Hz durch die relativ große Steifigkeit der Tragfeder aufgenommen. Niederfrequente Schwingungen zwischen üblicherweise 5 Hz bis 20 Hz werden durch das Zusammenwirken der beiden Hydraulikkammern über den Drosselkanal gedämpft.
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Es lassen sich verschiedene Arten von Hydrolagern unterscheiden:
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Sog. konventionelle Hydrolager weisen den zuvor beschriebenen Aufbau und die hiermit verbundene Wirkungsweise auf, indem üblicherweise die Innenseite der elastischen Tragfeder und die eine Seite der Drosseleinheit die Arbeitskammer und eine elastische Rollmembran und die gegenüberliegende Seite der Drosseleinheit die Ausgleichkammer bilden. Die elastische Rollmembran führt zu einem variablen Volumen der Ausgleichskammer, so dass es hierdurch der üblicherweise inkompressiblen Flüssigkeit ermöglicht wird, aus der Arbeitskammer entweichen zu können. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine elastische Entkopplungsmembran vorhanden sein, die einen elastischen Druckausgleich zwischen den beiden Hydraulikkammern ermöglichen kann. Bewegliche Teile sind außer der Elastizität der Tragfeder, der Rollmembran und bzw. oder der Entkopplungsmembran bei konventionellen Hydrolager üblicherweise nicht vorhanden.
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Sog. schaltbare Hydrolager weisen grundsätzlich den gleichen Aufbau und die gleiche Wirkungsweise wie konventionelle Hydrolager auf. Zusätzlich zum Drosselkanal ist bei schaltbaren Hydrolagern jedoch ein Bypasskanal vorhanden, dessen Durchfluss schaltbar geöffnet und geschlossen werden kann. Alternativ kann auch ein Kanal zur Entlüftung einer Luftkammer unterhalb der Entkopplungsmembran schaltbar geöffnet und geschlossen werden. In beiden Fällen können durch das Öffnen bzw. Verschließen des jeweiligen Kanals zwei unterschiedliche Kennlinienverläufe der Steifigkeits- und Dämpfungscharakteristika des Lagers gewählt werden, so dass das Lager zwischen „weich“ und „hart“ geschaltet werden kann. Mit anderen Worten kann auf diese Art und Weise in bestimmten Situationen eine andere Steifigkeit des schaltbaren Hydrolagers eingestellt werden als im übrigen Betrieb. Diese Schaltfunktion kann durch einen elektromagnetischen Aktor ausgeführt werden.
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Sog. steuerbare oder auch aktive Hydrolager entsprechen ebenfalls grundsätzlich dem Aufbau und der Wirkungsweise von konventionellen Hydrolagern, weisen jedoch eine steuerbare Möglichkeit auf, das Volumen der Arbeitskammer stufenlos zu verändern. Auf diese Weise kann aktiv auf das Isolationsverhalten des Hydrolagers eingewirkt werden. Die Steuerbarkeit wird üblicherweise über einen linear wirkenden elektromagnetischen Aktor erreicht, welcher eine Steuermembran z.B. über einen Kolben gegenüber der Arbeitskammer bewegen kann. Die Steuermembran bildet dabei einen Teil der Wandung der Arbeitskammer, so dass sich über die Bewegung der Steuermembran das Hydraulikvolumen der Arbeitskammer verändern lässt. Durch eine Ansteuerung des Aktors und des entsprechenden Einwirkens auf die Steuermembran kann eine Absenkung der dynamischen Federrate des Hydrolagers im Bereich der hochfrequenten Schwingungen bewirkt werden.
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Bei den steuerbaren bzw. aktiven Hydrolagern lässt sich zwischen konventionellen steuerbaren Hydrolagern und invertierten steuerbaren Hydrolagern unterscheiden. Bei den konventionellen steuerbaren Hydrolagern drückt das Fluid direkt von der Seite der Arbeitskammer auf die Membran, die der Arbeitskammer zugewandt ist, d.h. üblicherweise von oben von der Seite der Tragfeder her. Bei invertierten steuerbaren Hydrolagern drückt die Membran von der Seite der Ausgleichskammer bzw. von der Seite des Drosselkanals auf die Membran, d.h. üblicherweise von unten von der Seite des Aktors her. In diesem Fall befindet sich üblicherweise ein konstruktionsbedingt geschlossenes Luftvolumen hinter der Membran, welches vollkommen von der Umgebung abgetrennt ist.
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Alle zuvor beschriebenen Arten von Hydrolagern können als Motorlager eingesetzt werden.
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Um die Steuerbarkeit der Membran sowohl bei konventionellen als auch bei invertieren steuerbaren bzw. aktiven Hydrolagern realisieren zu können, ist es bekannt, einen linear wirkenden elektromagnetischen Aktor, auch Linearaktor genannt, einzusetzen, wie bereits zuvor erwähnt. Üblicherweise wird der Stator des Linearaktor, welcher üblicherweise die Spule aufweist, am bzw. im Gehäuse des Hydrolagers angeordnet. Dabei wird der Stator üblicherweise von der Ausgleichskammer samt Rollmembran umgeben. Der Anker des Linearaktors ist üblicherweise innerhalb des Stators und gegenüber dem Stator in der Höhe, d.h. zur Arbeitskammer hin sowie von der Arbeitskammer weg, linear beweglich angeordnet. Der Anker ist üblicherweise über einen Stößel mit der Steuermembran verbunden, so dass durch die Bewegung des Ankers des Linearaktors die Steuermembran auf das Hydraulikvolumen der Arbeitskammer einwirken kann.
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Um den Anker gegenüber dem Stator in der Höhe beweglich zu positionieren, ist es z.B. aus der
EP 1 108 283 B 1 bekannt, den Anker oberhalb und unterhalb mittels jeweils einer metallischen Spiralfeder mit dem Gehäuse des Linearaktors zu verbinden. Durch die Federsteifigkeit der beiden Spiralfedern kann der Anker auf einer vorbestimmten Höhe innerhalb des Stators angeordnet werden und gleichzeitig gegen die Federkraft der beiden Spiralfedern seine Relativbewegung gegenüber dem Anker ausführen, um die Steuermembran hoch und runter zu bewegen.
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Die
JP 2000 -
234 645 A beschreibt einen Linearaktor, bei dem der Anker über eine obere und eine untere metallische Membranfeder gegenüber dem Stator bzw. dem Gehäuse des Linearaktors gelagert ist. In diesem Fall sind die Spiralfedern mit einem gummielastischen Film überzogen, um die Durchgänge der Spiralfedern zu verschließen. Auf diese Weise kann eine Abdichtung des Innenvolumens des Linearaktors, welcher den Stator und den Anker aufweist, gegenüber der Umgebung bzw. gegenüber dem übrigen Innenvolumen des Linearaktors erreicht werden.
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Nachteilig an einer derartigen Federführung eines Linearaktors eines aktiven Hydrolagers kann sein, dass die maximale Schwingungsamplitude des Ankers gegenüber dem Stator durch die Spannungen in den Federn eingeschränkt werden kann. Dies kann gleichzeitig das mögliche Übersetzungsverhältnis zwischen Tragfeder und Steuermembran einschränken, welches u.a. die nötige Aktorkraft bestimmt.
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Nachteilig kann auch sein, dass die Federn auf Distanz sowohl zum Gehäuse als auch zum Magnetkreis des Linearaktors gehalten werden müssen, um ein Anschlagen der Federn zu verhindern. Der benötigte axiale Bauraum kann hierdurch deutlich erhöht werden.
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Nachteilig kann ferner sein, dass für die Fixierung der Membranfedern im Gehäuse und am Anker eine Vielzahl zusätzlicher Komponenten erforderlich sein kann. Zum einen kann dies die Komplexität des Aktors erhöhen und zum anderen zu erhöhten Gesamtkosten führen. Zum anderen kann die schwingende Masse erhöht werden, was in bestimmten Betriebsbereichen nachteilig sein kann. Weiterhin kann auch das Gesamtgewicht erhöht werden.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Hydrolager der eingangs beschriebenen Art bereitzustellen, dessen Bauraum und insbesondere dessen Bauhöhe gegenüber bekannten derartigen Hydrolagern reduziert werden kann. Insbesondere soll der Bauraum und insbesondere die Bauhöhe eines elektrischen Aktors bzw. dessen Federung gegenüber bekannten derartigen Hydrolagern reduziert werden. Zusätzlich oder alternativ soll die Anzahl der Komponenten und bzw. oder der Montageaufwand reduziert werden. Dies soll insbesondere für die Komponenten erreicht werden, welche für die Abdichtung zwischen dem beweglichen Aktorstößel und dem feststehenden Gehäuseteilen erforderlich sind. Zumindest soll eine Alternative zu bekannten derartigen Hydrolagern geschaffen werden.
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Die
JP 2005 -
155 885 A beschreibt eine Schwingungsdämpfungsvorrichtung, welche ein erstes Montagewerkzeug und ein zweites Montagewerkzeug umfasst, die über eine schwingungsabsorbierende Basis miteinander verbunden sind, wobei eine Gummiwand an dem zweiten Montagewerkzeug vorgesehen ist, um eine erste Flüssigkeitskammer zu bilden. Die Membran bildet eine zweite Flüssigkeitskammer als Teil einer Kammerwand, wobei die erste Flüssigkeitskammer und die zweite Flüssigkeitskammer miteinander über eine Öffnung verbunden sind. Ein Stellglied vom eisenkernbeweglichen Typ, das als Teil einer Nadel konstruiert ist, kann ein Wellenelement, das mit der Gummiwand verbunden ist, in der axialen Richtung in Bezug auf einen Stator hin- und her bewegen. Eine Spule des Stators wird erregt, um das Wellenelement sowohl in Auswärts- als auch in Ausgangsrichtung anzutreiben, um die Gummiwand in Schwingung zu versetzen, wodurch der Druck in der ersten Flüssigkeitskammer gesteuert wird. Die Nadel ist gegenüber dem Aktor unverbunden und frei in der vertikalen Bewegungsrichtung beweglich.
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Die
DE 10 2015 224 937 A1 betrifft ein Hydrolager mit einem zylindrischen Hauptgehäuse, mit einer von dem Hauptgehäuse eingefassten Tragfeder, mit einem von der Tragfeder zumindest teilweise umschlossenen Arbeitskammer mit einem Arbeitskammervolumen, wobei die Arbeitskammer mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, mit einer Steuermembran, die zur Veränderung des Arbeitskammervolumens ausgebildet ist, mit einem Aktor, der zum Auslenken der Steuermembran an die Steuermembran gekoppelt ist, mit einer Ausgleichskammer und mit einem zylindrischen Kammergehäuse, das mit einer zugehörigen, ersten Stirnseite an einem äußeren Mantelseitenabschnitt des Hauptgehäuses angeordnet ist. Die Ausgleichskammer ist von zumindest einem Teil eines Innenraums des Kammergehäuses gebildet.
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Die
DE 10 2014 211 954 A1 beschreibt ein Hydrolager mit einer Tragfeder, mit einer von der Tragfeder zumindest teilweise umschlossenen Arbeitskammer, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt ist, mit einer Steuermembran, die zur Veränderung eines Arbeitskammervolumens der Arbeitskammer ausgebildet ist, und mit einem Aktor zum Auslenken der Steuermembran, wobei der Aktor einen Stator und einen in Längsrichtung des Stators beweglichen Anker umfasst, wobei der Anker mit der Steuermembran mechanisch verbunden und der Ankermittels einer Gleitlagerung gelagert ist.
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Die
JP 2011 -
153 672 A beschreibt eine aktive Schwingungssteuervorrichtung mit einer beweglichen Welle mit einem Teil mit großem Durchmesser, mit einem Teil mit mittlerem Durchmesser und mit einem Teil mit kleinem Durchmesser, welche von einer Seite in axialer Richtung der beweglichen Welle zur anderen Seite davon geht. Ein erstes Joch wird in das Teil mit großem Durchmesser gedrückt. Ein Permanentmagnet wird in das Teil mit mittlerem Durchmesser eingepasst und ein zweites Joch wird in das Teil mit kleinem Durchmesser gedrückt. Der Permanentmagnet ist zwischen dem ersten Joch und dem zweiten Joch angeordnet.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hydrolager mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1, durch einen Motor mit den Merkmalen nach Anspruch 13 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen nach Anspruch 14 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Somit betrifft die vorliegende Erfindung ein Hydrolager, welches insbesondere ein schaltbares oder ein steuerbares Hydrolager sein kann. Das Hydrolager weist wenigstens eine erste Fluidkammer auf. Als Fluid kann vorzugsweise eine inkompressible Hydraulikflüssigkeit verwendet werden.
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Das Hydrolager weist ferner wenigstens eine Ansteuermembran auf, welche ausgebildet ist, das Volumen der ersten Fluidkammer durch ihre Bewegungen zu verändern. Ferner weist das Hydrolager wenigstens einen elektrischen Aktor, welcher ausgebildet ist, eine Bewegung der Ansteuermembran zu bewirken, und wenigstens einen Aktorstößel auf, welcher ausgebildet ist, die Bewegung des elektrischen Aktors auf die Ansteuermembran zu übertragen.
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Das Hydrolager ist dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Aktorstößel mittels wenigstens einer ersten elastomeren Federung mit einem feststehenden Element des Hydrolagers verbunden ist. Das feststehende Element des Hydrolagers kann z.B. ein Gehäuse des Hydrolagers oder des elektrischen Aktors oder eine Drosselscheibe einer Drosseleinheit des Hydrolagers sein.
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Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass mittels einer elastomeren Federung wie z.B. mittels einer Federung aus einem vulkanisierten Kautschukmaterial eine vergleichbare Federwirkung wie mit bekannten metallischen Federn erreicht werden kann. Gleichzeitig kann eine elastomere Federung jedoch flacher als eine metallische Federung ausgebildet werden, weil die gleiche Federwirkung ohne zusätzlichen Klemmelemente und dergleichen erreicht werden kann. Dies kann Bauraum für die Federung und hierdurch für das Hydrolager einsparen. Auch können Bauteile zwischen dem Aktorstößel und dem feststehenden Element eingespart werden.
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Gleichzeitig kann der bewegliche Aktorstößel mittels der elastomeren Federung gegenüber feststehenden Komponenten des Hydrolagers vergleichsweise sicher positioniert und geführt werden wie mit einer metallischen Federung, wobei separate Führungselemente, die bisher hierfür erforderlich gewesen sein können, entfallen können. Somit können Herstellungs- und Montagekosten sowie Bauraum eingespart werden.
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Vorzugsweise kann die elastomere Federung möglichst nah an der Achse der Auslenkung des Aktorstößels, d.h. möglichst nah an der Längsachse des elektrischen Aktors, angeordnet werden, um eine Schrägstellung des Ankers des elektrischen Aktors durch die auftretenden magnetischen Anziehungskräfte zu verhindern bzw. einzuschränken. Diesem Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass je geringer die mögliche Schrägstellung des Ankers ist, umso kleiner der Luftspalt zwischen äußerem und inneren Eisenkreis des elektrischen Aktors gewählt werden kann, wodurch die Kraftausbeute des elektrischen Aktors erhöht werden kann.
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Vorzugsweise kann die elastomere Federung ferner im inneren Bereich des Aktordeckels des elektrischen Aktors angeordnet sein und gleichzeitig eine möglichst große Radialsteifigkeit aufweisen. Auch hierdurch können alternativ oder zusätzlich die zuvor beschriebene Schrägstellung des Ankers des elektrischen Antriebs verhindert werden.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung trennt die erste elastomere Federung die erste Fluidkammer fluiddicht von dem elektrischen Aktor. Auf diese Weise kann die elastomere Federung neben den zuvor bereits beschriebenen Wirkungen der Positionierung und Führung sowie Federung auch die zusätzliche Funktion einer Abdichtung übernehmen, so dass bisher hierfür erforderliche Elemente entfallen und somit hinsichtlich Herstellungs- und Montagekosten sowie Bauraum eingespart werden können.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Hydrolager ferner eine erste metallische Federung auf, welche den beweglichen Aktorstößel mit demselben feststehenden Element des Hydrolagers oder mit einem anderen feststehenden Element des Hydrolagers verbindet. Auf diese Weise können eine metallische Federung und eine elastomere Federung miteinander kombiniert eingesetzt werden. Hierdurch lassen sich die jeweiligen Eigenschaften und Vorteile kombiniert einsetzen und nutzen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste elastomere Federung auf der Seite des elektrischen Aktors angeordnet, welche der Ansteuermembran zugewandt ist, und die erste metallische Federung ist auf der gegenüberliegenden Seite des elektrischen Aktors angeordnet, welche der Ansteuermembran abgewandt ist. Hierdurch können die beiden Federungen beidseitig des elektrischen Aktors angeordnet werden, so dass eine möglichst gute Führung des Aktorstößels gegenüber dem elektrischen Aktor erreicht werden kann. Ferner kann durch die elastomere Federung gleichzeitig eine Abdichtung gegenüber der ersten Fluidkammer erfolgen.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste metallische Federung eine Membranfeder. Auf diese Weise können einfache und kompakte metallische Federungen eingesetzt werden, um trotz Verwendung einer metallischen Federung den hierfür erforderlichen Bauraum möglichst gering zu halten.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist das Hydrolager eine zweite elastomere Federung auf, welche den beweglichen Aktorstößel mit demselben feststehenden Element des Hydrolagers oder mit einem anderen feststehenden Element des Hydrolagers verbindet. Durch die Verwendung von zwei elastomeren Federungen können die zuvor beschriebenen Eigenschaften und Vorteile an zwei Stellen des Aktorstößels genutzt werden.
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Vorzugsweise weist das Hydrolager hinsichtlich des Aktorstößels somit gar keine metallische Federung auf, so dass auf metallische Federungen an dieser Stelle vollkommen verzichtet und der erforderliche Bauraum sowie die erforderlichen Bauteile eingespart werden können.
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Vorzugsweise werden zwei identische elastomere Federungen verwendet, so dass Gleichteile verwendet werden können, was die Herstellungs- und Montagekosten reduzieren kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die erste elastomere Federung auf der Seite des elektrischen Aktors angeordnet, welche der Ansteuermembran zugewandt ist, und die zweite elastomere Federung ist auf der gegenüberliegenden Seite des elektrischen Aktors angeordnet ist, welche der Ansteuermembran abgewandt ist. Auf diese Weise können auch mittels einer zweiten elastomeren Federung dieselben oder vergleichbare Eigenschaften wie zuvor hinsichtlich der Kombination einer elastomeren und einer metallischen Federung beschrieben erreicht werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung trennt die zweite elastomere Federung den elektrischen Aktor von der Umgebung fluiddicht und bzw. oder gasdicht und bzw. oder staubdicht. Auf diese Weise kann eine z.B. flüssigkeitsdichte, feuchtigkeitsdichte, schmutzdichte und bzw. oder staubdichte Abtrennung des Innenraums des elektrischen Aktors gegenüber der Umgebung bzw. anderen Bereichen des elektrischen Aktors oder des Hydrolagers erfolgen. Somit kann die zweite elastomere Federung ebenfalls diesen zusätzlichen Zweck erfüllen, so dass die Vorteile eines entsprechend getrennten Innenraums ohne zusätzliche Elemente geschaffen werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Aktorstößel einen Entlüftungskanal auf, welcher eine von der Ansteuermembran zumindest teilweise gebildete Luftkammer gasführend mit einem Gasvolumen, insbesondere mit der Umgebung, des Hydrolagers verbindet. Eine derartige Luftkammer kann insbesondere bei einem invertierten steuerbaren Hydrolager innerhalb der ersten Fluidkammer als Arbeitskammer vorhanden sein. Die dort eingeschlossene Luft kann der Bewegung der Ansteuermembran entgegenwirken und hierdurch das Arbeitsverhalten der Ansteuermembran bzw. des elektrischen Aktors beeinflussen bzw. stören. Dies kann durch einen derartigen Entlüftungskanal vermieden werden, welcher eine Verbindung der Luftkammer mit einem Luftvolumen wie insbesondere der Umgebung herstellen kann, so dass auf diesem Weg ein teilweiser oder vollständiger Druckausgleich der Luft erfolgen kann.
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Dieser Aspekt der Erfindung kann insbesondere dann eingesetzt werden, wenn der Aktorstößel über die zweite elastomere Federung gegenüber dem elektrischen Aktor abgedichtet ist und der Entlüftungskanal über die zweite elastomere Federung hinaus geht, so dass die Luft aus der Luftkammer durch den Entlüftungskanal des Aktorstößels hindurch aus dem elektrischen Aktor hinaus geführt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist zwischen einem Stator und einem Anker des elektrischen Aktors eine Gleitlagerung angeordnet. Hierdurch kann eine definierte Führung des Ankers gegenüber dem Stator erreicht werden. Dies kann insbesondere bei der Verwendung von zwei elastischen Federungen vorteilhaft sein, weil elastomere Federungen eine geringere führende Wirkung in Richtung der magnetischen Anziehungskräfte des elektrischen Aktors zwischen Anker und Stator aufweisen können als metallische Federungen. Dies kann durch eine Gleitlagerung wieder ausgeglichen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist bzw. weisen die erste elastomere Federung und bzw. oder die zweite elastomere Federung zumindest abschnittsweise, vorzugweise durchgängig, senkrecht zur Richtung der Kraftübertragung eine Einschnürung auf. Die Einschnürung stellt eine Verringerung und damit Schwächung des elastomeren Materials dar, welche die Federkraft der jeweiligen elastomeren Federung definiert verringern kann. Auf diese Weise kann eine Einstellung der Federkraft der jeweiligen elastomeren Federung erfolgen. Auch kann hierdurch die Lebensdauer der elastomeren Federung verbessert werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die erste elastomere Federung und bzw. oder die zweite elastomere Federung zumindest abschnittsweise, vorzugweise vollständig, mit dem feststehenden Element des Hydrolagers und bzw. oder mit dem Aktorstößel durch Vulkanisation verbunden. Auf diese Weise kann eine sichere Verbindung und bzw. oder eine sichere Abdichtung zwischen der jeweiligen elastomeren Federung und dem feststehenden Element des Hydrolagers erfolgen. Insbesondere kann die elastomere Federung durch Vulkanisation als Bestandteil des feststehenden Elements ausgebildet werden, was zusätzlich die Herstellung und insbesondere die Montage vereinfachen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Aktorstößel ein paramagnetisches Material, vorzugsweise Aluminium, auf oder besteht hieraus. Auf diese Weise kann eine möglichst geringe Beeinflussung des elektrischen Aktors durch das Material des Aktorstößels erreicht werden. Hierbei Aluminium als Material des Aktorstößels zu verwenden kann den Vorteil aufweisen, den Aktorstößel gleichzeitig möglichst leicht ausbilden zu können, so dass der elektrische Aktor möglichst wenig Gewicht zu bewegen hat. Dies kann die maximale erforderliche Leistung des elektrischen Aktors und damit seinen Bauraum verringern.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch einen Motor mit einem Hydrolager wie zuvor beschrieben. Auf diese Weise können die Vorteile und Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Hydrolagers bei einem Motor genutzt werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem Motor wie zuvor beschrieben. Auf diese Weise können die Vorteile und Eigenschaften eines erfindungsgemäßen Hydrolagers bei einem Kraftfahrzeug werden.
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Mehrere Ausführungsbeispiele und weitere Vorteile der Erfindung werden nachstehend im Zusammenhang mit den folgenden Figuren erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische Schnittdarstellung eines invertierten steuerbaren Hydrolagers gemäß dem Stand der Technik;
- 2 eine schematische Schnittdarstellung eines elektrischen Aktors mit Ansteuermembran eines invertierten steuerbaren Hydrolagers gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
- 3 eine schematische Schnittdarstellung eines elektrischen Aktors mit Ansteuermembran eines invertierten steuerbaren Hydrolagers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung; und
- 4 eine schematische Schnittdarstellung eines elektrischen Aktors mit Ansteuermembran eines invertierten steuerbaren Hydrolagers gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines invertierten steuerbaren Hydrolagers 1 gemäß dem Stand der Technik. Das Hydrolager 1 erstreckt sich im Wesentlichen in der vertikalen Richtung Z, d.h. in der Höhe Z, in welche auch die Längsrichtung X ausgerichtet ist. Senkrecht der Längsrichtung X erstreckt sich von dieser weg die radiale Richtung R. Das Hydrolager 1 ist im Wesentlichen zylindrisch und rotationssymmetrisch zur Längsrichtung X ausgebildet.
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Das Äußere des Hydrolagers 1 wird in der Höhe Z oben durch ein Lagergehäuse 10 und unten durch einen Lagerdeckel 11 gebildet. Im Lagergehäuse 10 ist ein elastomerer Tragkörper 12 in Form einer elastomeren Tragfeder 12 angeordnet, welche nach oben mit ihrem Innenmetallteil 13 aus dem Lagerdeckel 11 heraus ragt. An dem Innenmetallteil 13 kann z.B. ein Motor eines Kraftfahrzeugs montiert werden, dessen Schwingungen durch das Hydrolager 1 zu bedämpfen bzw. zu isolieren sind. Innerhalb des unteren Lagerdeckels 11 ist eine Rollmembran 14 angeordnet.
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Etwa mittig in der Höhe Z ist innerhalb des Hydrolagers 1 eine Drosseleinheit 21 angeordnet, welche aus einer oberen Drosselscheibe 25 und einer unteren Drosselscheibe 26 besteht. Durch die obere Seite der Drosseleinheit 21, welche radial außen durch die untere Drosselscheibe 26 und radial innen durch die obere Drosselscheibe 25 gebildet wird, und durch die Innenseite der elastomeren Tragfeder 12 wird eine erste Fluidkammer 20 als Arbeitskammer 20 des Hydrolagers 1 gebildet. Die untere Seite der Drosseleinheit 21 bzw. die untere Drosselscheibe 26 und die Innenseite der Rollmembran 14 bilden eine zweite Fluidkammer 27 als Ausgleichskammer 27 des Hydrolagers 1. Innerhalb der Drosseleinheit 21 ist ein Drosselkanal 22 ausgebildet, welcher im Wesentlichen horizontal und ringförmig verläuft. Der Drosselkanal 22 weist zur Arbeitskammer 20 hin einen Drosselkanaleingang 23 und zur Ausgleichskammer 27 hin einen Drosselkanalausgang 24 auf. Der Drosselkanal 22 ist innerhalb der unteren Drosselscheibe 26 ausgebildet.
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Der Drosselkanal 21 verbindet die Arbeitskammer 20 und die Ausgleichskammer 27 fluidströmend miteinander, so dass ein Fluid wie eine Hydraulikflüssigkeit zwischen Arbeitskammer 20 und Ausgleichskammer 27 über den Drosselkanal 22 ausgetauscht werden kann. Der Strömungswiderstand, den der Drosselkanal 22 für das Fluid darstellt, beeinflusst das Dämpfungs- und Isolationsverhalten des Hydrolagers 1.
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Aufgrund seiner Funktionsweise als steuerbares Hydrolager 1 weist das Hydrolager 1 im Lagerdeckel 11 einen elektrischen Aktor 33 in Form eines elektromagnetischen Linearaktors 33 auf, welcher innerhalb der Rollmembran 14 angeordnet ist, die ringförmig um den elektromagnetischen Linearaktor 33 herum verläuft. Der elektromagnetische Linearaktor 33 weist einen feststehenden Stator 34 auf, welcher ringförmig in Umfangsrichtung um die Längsrichtung X herum ausgebildet und im Gehäusedeckel 11 angeordnet ist. Der Stator 34 weist eine elektrische Spule 34a auf, welche radial außenseitig sowie in der Höhe Z von oben und von unten von einem ferromagnetischen Körper 34b umgeben wird. Der elektromagnetische Linearaktor 33 weist ferner einen beweglichen Anker 35 auf, welcher mit dem Aktorstößel 32 verbunden ist und den Aktorstößel 32 bewegen kann. Der Anker 35 weist einen Permanentmagneten 35a auf, welcher radial innenseitig sowie in der Höhe Z von oben und von unten von einem ferromagnetischen Körper 35b umgeben wird. Die magnetische Flussrichtung B des Permanentmagneten 35a zeigt radial nach außen. Die elektromagnetische Wechselwirkung zwischen elektrischer Spule 34a und Permanentmagnet 35a können eine lineare Bewegung des Ankers 35 und damit des Aktorstößels 32 in der Längsrichtung X bzw. in der Höhe Z hoch und runter bewirken.
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Zur Führung des Ankers 35 gegenüber dem Stator 34 sowie zur Aufnahme des Eigengewichts von Anker 35 und Aktorstößel 32 ist eine erste, untere metallische Federung 36 unterhalb des Ankers 35 vorgesehen, welche sich auf der Innenseite des Lagergehäuses 10 abstützt. Eine zweite, obere metallische Federung oberhalb des Stators 34 ist ebenfalls vorhanden, jedoch zur Verbesserung der Übersichtlichkeit der Darstellung nicht gezeigt.
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Der Aktorstößel 32 ist an seinem oberen Ende kreisrund und tellerförmig ausgebildet. Die seitlichen Kanten des Aktorstößels 32 sind über eine Ansteuermembran 30 elastisch mit einer oberen Drosselscheibe 25 verbunden, so dass zwischen der Unterseite der oberen Drosselscheibe 25 und der oberen Seite des Aktorstößels 32 sowie der Ansteuermembran 30 eine Luftkammer 31 ausgebildet wird, die ein geschlossenes Luftvolumen aufweist. Dies macht das vorliegende Hydrolager 1 zu einem invertierten steuerbaren Hydrolager 1.
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Derartige bekannte invertierte steuerbare Hydrolager 1 benötigen aufgrund der metallischen Federungen 36 insbesondere in der Höhe Z einen nicht unerheblichen Bauraum, was nachteilig sein kann. Ebenso sind mehrere Elemente sowie eine Dichtung erforderlich, um den beweglichen Aktorstößel 32 durch die untere Drosselscheibe 26 fluiddicht hindurchzuführen. Dies kann erfindungsgemäß wie folgt vermieden werden:
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2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines elektrischen Aktors 33 mit Ansteuermembran 30 eines invertierten steuerbaren Hydrolagers 1 gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wurde die obere metallische Federung durch eine erste, obere elastomere Federung 37a ersetzt. Hierdurch kann eine in der Höhe Z kompaktere Federung mit weniger Bauteilen realisiert werden. Die erste, obere elastomere Federung 37a ist dabei zwischen der unteren Drosselscheibe 26 und dem Aktorstößel 32 angeordnet, so dass gleichzeitig dieser Zwischenraum durch die erste, obere elastomere Federung 37a gegen die Hydraulikflüssigkeit der Arbeitskammer 20 abgedichtet werden kann. Hierdurch kann auf zusätzliche Dichtungen oder dergleichen verzichtet werden. Die erste, obere elastomere Federung 37a ist dabei an der unteren Drosselscheibe 26 sowie an dem Aktorstößel 32 anvulkanisiert, so dass eine sichere und haltbare sowie dichte Verbindung zwischen der unteren Drosselscheibe 26 und dem Aktorstößel 32 erreicht werden kann. Gleichzeitig kann die Herstellung und insbesondere die Montage vereinfacht werden.
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Die erste, obere elastomere Federung 37a weist sowohl von unten als auch von oben eine Einschnürung 37b auf, welche in Umfangsrichtung durchgängig verlaufen. Hierdurch kann das Material der ersten, oberen elastomeren Federung 37a gezielt geschwächt werden, um die gewünschte Federkraft zu erreichen. Ferner kann hierdurch die Lebensdauer der ersten, oberen elastomeren Federung 37a verbessert werden.
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Die erste, untere metallische Federung 36 ist in diesem ersten Ausführungsbeispiel beibehalten worden und als Membranfeder 36 ausgebildet, so dass hier - trotz des weiterhin erforderlichen Bauraums - zur teilweisen Beibehaltung der bisherigen Konstruktion weiterhin eine bekannte metallische Federung 36 vorhanden ist, jedoch für die obere Federung eine elastomere Federung 37a mit den zuvor beschriebenen Vorteilen genutzt werden kann.
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3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines elektrischen Aktors 33 mit Ansteuermembran 30 eines invertierten steuerbaren Hydrolagers 1 gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel wurde auch die erste, untere metallische Federung 36 durch eine zweite, untere elastomere Federung 37c ersetzt, welche ebenfalls eine Einschnürung 37d aufweist. Auf diese Weise kann der Bauraum weiter reduziert werden. Gleichzeitig kann eine Abdichtung des elektromagnetischen Linearaktors 33 von unten erfolgen.
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Aufgrund dieser Abdichtung durch die zweite, untere elastomere Federung 37c ist es möglich, die Luftkammer 31 mittels eines Entlüftungskanals 38 durch den Aktorstößel 32 hindurch mit der Umgebung des elektromagnetischen Linearaktors 33 zu verbinden, so dass bei Bewegungen der Ansteuermembran 30 ein Druckausgleich zwischen der Luftkammer 31 und der Umgebung erfolgen kann.
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4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines elektrischen Aktors 33 mit Ansteuermembran 30 eines invertierten steuerbaren Hydrolagers 1 gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Da bei dem invertierten Hydrolager 1 gemäß des zweiten Ausführungsbeispiels zwei elastomere Federungen 37a, 37c und keine metallische Federung 36 mehr vorhanden sind, wird bei dem invertierten Hydrolager 1 gemäß des dritten Ausführungsbeispiels zwischen dem Stator 34 und dem Anker 35 eine Gleitlagerung 39 angeordnet. Hierdurch kann eine sichere Positionierung des Ankers 35 gegenüber dem Stator 34 erfolgen, wie sie bisher von der metallischen Federung 36 übernommen wurde. Dies kann die Positionierung des Ankers 35 verbessern.
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Bezugszeichenliste
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- B
- magnetische Flußrichtung
- R
- radiale Richtung
- X
- Längsrichtung
- Z
- vertikale Richtung; Höhe
- 1
- Hydrolager
- 10
- Lagergehäuse
- 11
- Lagerdeckel
- 12
- elastomerer Tragkörper bzw. elastomere Tragfeder
- 13
- Innenmetallteil des Tragkörpers 12
- 14
- Rollmembran der Ausgleichskammer 25
- 20
- erste Fluidkammer, Arbeitskammer
- 21
- Drosseleinheit
- 22
- Drosselkanal
- 23
- Drosselkanaleingang
- 24
- Drosselkanalausgang
- 25
- obere Drosselscheibe
- 26
- untere Drosselscheibe
- 27
- zweite Fluidkammer, Ausgleichskammer
- 30
- Ansteuermembran
- 31
- Luftkammer
- 32
- Aktorstößel
- 33
- elektrischer Aktor; elektromagnetischer Linearaktor
- 34
- Stator des elektrischen Aktors 33
- 34a
- elektrische Spule des Stators 34
- 34b
- ferromagnetischer Körper des Stators 34
- 35
- Anker des elektrischen Aktors 33
- 35a
- Permanentmagnete des Ankers 35
- 35b
- ferromagnetischer Körper des Ankers 35
- 36
- (erste/untere) metallische Federung elektrischen Aktors 33;Membranfeder
- 37a
- erste/obere elastomere Federung des elektrischen Aktors 33
- 37b
- Einschnürung der ersten/oberen elastomeren Federung 37a
- 37c
- zweite/untere elastomere Federung des elektrischen Aktors 33
- 37d
- Einschnürung der zweiten/unteren elastomeren Federung 37c
- 38
- Entlüftungskanal des Aktorstößels 32
- 39
- Gleitlagerung zwischen Stator 34 und Anker 35
