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Die Erfindung betrifft eine Aggregatelagerung für ein Antriebsaggregat eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
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Eine Aggregatelagerung kann beispielhaft aus drei oder vier Aggregatelagern aufgebaut sein. Diese können hydraulisch oder pneumatisch arbeiten oder als Gummi-Metall-Hülsenlager ausgeführt sein. Die Aggregatelager können in einer aktiven Aggregatelagerung eingebunden sein, bei dem zum Beispiel in Abhängigkeit von aktuellen Fahrbetriebsparametern in einem Steuergerät ein Stellsignal generiert wird, mit dem im Aggregatelager betriebsbedingte Aggregatebewegungen und -schwingungen kompensierbar sind. In diesem Fall übernimmt das Aggregatelager sowohl eine Tragfunktion, das heißt das Aggregategewicht ist komplett auf dem Aggregatelager abgestützt, als auch eine Dämpfungsfunktion, mittels der betriebsbedingten Aggregateschwingungen getilgt oder gedämpft werden. Eine solche Doppelfunktion führt zu einem komplexen Lageraufbau des Aggregatelagers sowie zu einer steuerungstechnisch aufwendigen Ansteuerung des aktiven Aggregatelagers.
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In Abkehr davon sind in einer gattungsgemäßen Aggregatelagerung die Tragfunktion und die Dämpfungsfunktion nicht mehr in einem Aggregatelager vereint, sondern ist vielmehr ein die Tragfunktion realisierendes Aggregatelager sowie ein die Dämpfungsfunktion realisierendes Dämpfungslager bereitgestellt, das im Fahrbetrieb Aggregateschwingungen tilgt oder dämpft. Eine solche Aggregatelagerung ist beispielhaft aus der
US 4 377 218 A bekannt. Aus der
US 2017 138 434 A1 ist ein weiteres Lagersystem zur Unterdrückung von Aggregateschwingungen bekannt, das ein zwischen der Karosserie und dem Antriebsaggregat angeordnetes Lager aufweist. Im Gehäuse des Lagers ist ein beweglicher Kern aufgehängt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aggregatelagerung für ein Antriebsaggregat eines Fahrzeugs bereitzustellen, bei dem in einfacher und betriebssicherer Weise betriebsbedingte Aggregateschwingungen kompensierbar sind.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 ist das Dämpferlager als ein hydropneumatisches Stellglied ausgebildet, mittels dem im Fahrbetrieb betriebsbedingte Aggregateschwingungen kompensierbar sind. Diese werden zur Schwingungskompensation über eine hubverstellbar gelagerte Koppelstange in das Stellglied eingeleitet. Bevorzugt ist das Aggregatelager als ein Traglager ausgebildet, über das das Aggregategewicht komplett auf der Fahrzeugkarosserie abgestützt ist. Demgegenüber weist das Dämpferlager keine Tragfunktion auf, sondern bewirkt lediglich eine Dämpfungsfunktion.
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Mit der Erfindung wird eine Lagerungseinheit speziell für ein Elektroaggregat derart weitergebildet, dass die Starrkörperschwingungen des Aggregats in seiner Lagerung durch einen gezielt abgestimmten Tilger reduziert werden können.
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Erfindungsgemäß kann die Lagerungseinheit eine Motorkonsole aufweisen, die zwei Lager tragen kann, und zwar ein konventionelles Traglager (zum Beispiel Buchsenlager) und ein zweites Dämpfungslager, das dem Traglager physikalisch parallel geschaltet ist, und erfindungsgemäß ebenfalls in der Motorkonsole untergebracht sein kann. Kennzeichnend für die Erfindung ist, dass das zweite Lager als hydropneumatisches Lager ausgeführt ist und über eine Koppelstange mit dem Elektromotor verbunden ist, der auf eine Pumpmembran wirkt, der ein Luftpolster und eine hydraulische Kammer nachgeschaltet sind. Motorseitig ist die Koppelstange mittels eines Elastomerlagers so gelagert, dass Kippbewegungen leicht möglich sind und axiale Bewegungen mit hoher Steifigkeit übertragen werden.
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Die Erfindung geht von dem folgenden Sachverhalt aus: So werden niederfrequente Aggregatbewegungen - wie sie bei einer Verbrennungsmotor-Lagerung auftreten - konventionell über hydraulische Motorlager bedämpft, wobei die Tragfeder gleichzeitig als Pumpmembran wirkt. Die mit hydraulischer Flüssigkeit gefüllte Arbeitskammer steht fluidisch über einen Kanal mit einer Ausgleichskammer in Verbindung. Bei Anregung mit der Abstimmfrequenz des hydraulischen Kanals wird die hydraulische Flüssigkeit zu Schwingungen angeregt und so eine Dämpfung der Aggregatschwingung erzielt.
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Im Unterschied zu der obigen konventionellen Verbrennungsmotor-Lagerung werden speziell in einer Elektromaschine hochfrequente Anregungen mit kleineren Amplituden erzeugt. Solche hochfrequenten Anregungen mit kleineren Amplituden führen jedoch in einem herkömmlichen hydraulischen Motorlager zu einer sogenannten dynamischen Verhärtung des hydraulischen Motorlagers aufgrund der Trägheit der Hydraulikflüssigkeit.
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Um eine solche dynamische Verhärtung bei hochfrequenten Anregungen kleiner Amplitude zu vermeiden, ist erfindungsgemäß zusätzlich die oben erwähnte Luftkammer (bzw. Luftpolster oder Luftvolumen) vorgesehen. Die Luftkammer sorgt oberhalb der hydraulischen Arbeitskammer für eine ausreichende Schwingungsentkopplung. Auch kann die Pumpmembran auf die gewünschte Übertragungsfrequenz hin optimiert werden, da sie nicht das Gewicht des Aggregats oder das erzeugte Drehmoment abstützen muss. Der hydraulische Tilger besitzt eine diskrete Abstimmfrequenz, welche so zu wählen ist, dass die Eigenschwingungen des Aggregats in seiner Lagerung so modifiziert werden, dass der Fahrkomfort merklich erhöht wird. Die Pumpmembran, das Luftvolumen sowie die hydraulische Übersetzung und Kanallänge sind Auslegungsparameter des Mechanismus.
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Die Integration der beiden Lager (Traglager und Dämpfungslager) in die gleiche Konsole hat den Vorteil, dass die Geometrien für die Dämpfungskanäle und die hydraulischen Kammern teilweise oder vollständig innerhalb der Konsole ausgestaltet werden können. Alternativ kann eine räumliche Trennung von tragendem Lager und hydropneumatischem Lager sinnvoll sein zur effektiven Reduktion von fahrbahnerregten Aggregatschwingungen. In diesem Fall kann die Anbindung zur Karosserie nicht über eine gemeinsame Konsole vereinheitlicht werden.
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Eine weitere Ausführungsform sieht zur Entkopplung von hochfrequenten Aggregatvibrationen vor, die Entkopplung durch eine dynamisch ausgelegte Konsolengeometrie (3) zu erhöhen. Die hydraulische Tilgungseinheit stellt dabei eine Masse dar, welche zusammen mit der Anbindungssteifigkeit der Konsole einen Oszillator darstellt. Oberhalb der sich ergebenden Resonanzfrequenz, welche durch die Biegesteifigkeit der Anbindung abzustimmen ist, findet mit zunehmender Effektivität eine Isolation von hochfrequenten Schwingungen statt.
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Nachfolgend werden Erfindungsaspekte im Einzelnen beschrieben: Um einen Bewegungsausgleich zwischen der Koppelstange und dem Antriebsaggregat bereitzustellen, ist es bevorzugt, wenn die Koppelstange nicht starr oder verbindungssteif am Antriebsaggregat angebunden ist, sondern vielmehr bevorzugt über ein Elastomerlager geringfügig beweglich am Antriebsaggregat angelenkt ist. Das Elastomerlager ist bevorzugt so ausgelegt, dass Koppelstangen-Kippbewegungen mit Bezug auf das Antriebsaggregat mit geringer Elastomerlagersteifigkeit ermöglicht sind, während Axialkräfte mit entsprechend hoher Lagersteifigkeit zwischen der Koppelstange und dem Antriebsaggregat übertragbar sind. Das Elastomerlager kann einen am Koppelstangenkopf befestigten metallischen Lagerkern aufweisen, der radial außenseitig in einen ringförmigen Elastomerkörper übergeht. Der ringförmige Elastomerkörper kann wiederum in einem radial äußeren Lagergehäuse gehaltert sein. Das radial äußere Lagergehäuse des Elastomerlagers kann in einer aggregateseitigen Lageraufnahme gehaltert sein. Alternativ dazu kann das Koppelstangen-Lager auch durch die aggregatseitige Stützstruktur direkt gebildet werden, etwa durch eine Umspritzung des Koppelstangen-Lagers oder direktes Aufvulkanisieren des Koppelstangen-Lagers auf eine Metallstütze.
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Der vom Koppelstangenkopf abgewandte Koppelstangenfuß kann über eine Pumpmembran im Stellglied aufgehängt sein, die in Axialrichtung nachgiebig, jedoch in Radialrichtung bauteilsteif ausgelegt ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das hydropneumatische Stellglied eine Arbeitskammer aufweisen, die in eine Luft-Teilkammer und in eine Hydraulik-Teilkammer unterteilt ist. Die Hydraulik-Teilkammer kann über Drosselkanäle strömungstechnisch mit einer Hydraulik-Ausgleichskammer verbunden sein. Die Koppelstange des hydropneumatischen Stellglieds kann bevorzugt mit ihrem Koppelstangenfuß der oben erwähnten Pumpmembran des hydropneumatischen Stellglieds angebunden sein. Die Pumpmembran kann unmittelbar die Luft-Teilkammer begrenzen.
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In einer ersten Ausführungsvariante können die Luft-Teilkammer und die Hydraulik-Teilkammer in einer gemeinsamen Arbeitskammer integriert sein, in der sich ein Luftvolumen geodätisch oberhalb eines Hydraulik-Volumens befindet. Alternativ dazu können die Luft-Teilkammer und die Hydraulik-Teilkammer voneinander örtlich getrennt sein. In diesem Fall ist die Luft-Teilkammer über einen Luftdurchlass mit der Hydraulik-Teilkammer in Verbindung. Die Luft-Teilkammer, die Hydraulik-Teilkammer sowie die damit zusammenwirkende Ausgleichskammer können fluidtechnisch in Reihe geschaltet sein.
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In einer montagetechnisch einfachen Realisierung können das Aggregatelager und das Dämpferlager gemeinsam in einer Motorkonsole montierbar sein. Die Motorkonsole kann als eine separate Vormontageeinheit an der Fahrzeugkarosserie zum Beispiel in Schraubverbindung anbindbar sein. Beispielhaft kann die Motorkonsole ein Befestigungsauge aufweisen, in dem das Aggregatelager einsetzbar ist. Das Aggregatelager kann bevorzugt als ein einfaches, passives Gummi-Metall-Hülsenlager ausgeführt sein. Zudem kann in der Motorkonsole materialeinheitlich und/oder einstückig ein Stellglied-Gehäuse ausgebildet sein, in dem die Koppelstange und die Luft- bzw. Hydraulikkammern angeordnet sind.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Motorkonsole nach Art eines einseitig eingespannten Kragträgers an der Fahrzeug-Karosserie angebunden sein. In diesem Fall kann die Motorkonsole einen Befestigungsabschnitt aufweisen, über den die Motorkonsole einseitig an der Fahrzeugkarosserie befestigt ist. Die Motorkonsole kann zudem einen Tragarm aufweisen, der vom Konsolen-Befestigungsabschnitt über eine freie Armlänge auskragt und an seinem, vom Konsolen-Befestigungsabschnitt abgewandten Ende das hydropneumatische Stellglied trägt. Zudem kann die Motorkonsole aus einem ausreichend elastisch nachgiebigen Werkstoff, insbesondere einem geeigneten Kunststoff, hergestellt sein. Auf diese Weise ergibt sich ein in der Motorkonsole elastisch nachgiebig gelagertes hydropneumatisches Stellglied.
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Nachfolgend sind drei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 bis 3 jeweils Ansichten einer Aggregatelagerung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, einem zweiten Ausführungsbeispiel und einem dritten Ausführungsbeispiel.
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In der 1 ist in grob schematischer Darstellung eine Aggregatelagerung für eine Elektromaschine 1 eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs gezeigt. Die 1 ist dabei nur insoweit dargestellt, als es zum Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demzufolge weist die Aggregatelagerung ein Aggregatelager 3 auf, über das die Elektromaschine 1 auf einer Fahrzeugkarosserie 5 abgestützt ist. Dem Aggregatelager 3 ist ein Dämpferlager 7 zugeordnet, das im Fahrbetrieb Aggregateschwingungen tilgt oder dämpft. Das Aggregatelager 3 ist als ein Traglager ausgelegt, über das das Aggregategewicht komplett auf die Fahrzeugkarosserie 5 abgestützt wird. Demgegenüber weist das Dämpferlager 7 keinerlei Tragfunktion auf, sondern lediglich eine Dämpfungsfunktion zur Schwingungskompensation der betriebsbedingten Aggregateschwingungen. Das Aggregatelager 3 und das Dämpferlager 7 sind funktionell voneinander komplett entkoppelt und über ein Versatzmaß, insbesondere einen Querversatz Δy, voneinander beabstandet.
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Wie aus der 1 hervorgeht, ist das Aggregatelager 3 als ein einfaches Gummi-Metall-Hülsenlager realisiert, das in einem Lagerauge 9 einer Motorkonsole 11 eingesetzt ist. Das Aggregatelager 3 weist einen radial inneren Lagerkern 13, an dem in der dargestellten Ausführung eine Aggregatestütze 15 der Elektromaschine 1 angebunden ist, und ein radial äußeres Lagergehäuse 17 auf, das in dem Befestigungsauge 9 der Motorkonsole 11 eingepresst ist. Zwischen dem radial äußeren Lagergehäuse 17 und dem Lagerkern 13 ist ein Elastomerkörper 19 zwischengeschaltet. Unmittelbar neben dem Aggregatelager 3 ist das Dämpferlager 7 angeordnet, das als ein hydropneumatisches Stellglied ausgebildet ist, mittels dem betriebsbedingter Aggregateschwingungen kompensiert werden. In der 1 ist ein Stellglied-Gehäuse materialeinheitlich und/oder einstückig in der Motorkonsole 11 integriert. Im Stellglied-Gehäuse ist über einen Bewegungs-Freigang eine Koppelstange 27 linear hubverstellbar gelagert. Die Koppelstange 27 ist in der Fahrzeughochrichtung z hubverstellbar und mit seinem unteren Koppelstangenfuß 29 an einer Pumpmembran 31 angebunden, mittels der die Koppelstange 27 zentrisch sowie axial beweglich in dem Stellglied-Gehäuse gelagert ist. Die Pumpmembran 31 ist entsprechend in Axialrichtung nachgiebig und in Radialrichtung bauteilsteif ausgelegt.
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Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf die 1 bis 3 beschränkt ist. Alternativ zu den Figuren kann das Aggregatelager 3 nicht in das Befestigungsauge 9 eingepresst sein, sondern durch ein anderes Fertigungsverfahren in der Motorkonsole 11 integriert sein. Beispielhaft ist die Motorkonsole 11 in einem Kunststoff-Spritzgießprozess herstellbar. In diesem Fall ist eine Kunststoff-Umspritzung des Aggregatelagers 3 möglich, bei der das Kunststoff-Material der Motorkonsole 11 unmittelbar das Lagergehäuse 17 ausbildet.
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Zudem ist hervorzuheben, dass die in den Figuren gezeigten Koppelstangen-Orientierungen lediglich beispielhaft sind. Anstelle dessen kann die Koppelstange 27 anwendungsspezifisch in jeder anderen erforderlichen Orientierung positioniert werden.
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In der 1 überbrückt die Koppelstange 27 des Stellglieds 7 ein freies Versatzmaß, insbesondere einen freien Höhenversatz Δz, zwischen der Motorkonsole 11 und der darüber angeordneten Aggregatestütze 15, wobei der obere Koppelstangenkopf 33 beweglich an der Aggregatestütze 15 der Elektromaschine 1 angelenkt ist. Die Anlenkstelle ist durch ein Elastomerlager 35 realisiert, das einen inneren Lagerkern 37 aufweist, an dem die Koppelstangenkopf 33 befestigt ist und der radial außenseitig in einen ringförmigen Elastomerkörper 39 übergeht. Dieser ist wiederum in einem radial äußeren Lagergehäuse 41 gehaltert, das in einer Lageraufnahme 43 der Aggregatestütze 15 eingesetzt ist.
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Die in den Figuren gezeigte konkrete Lagergeometrie des Koppelstangen-Lagers 35 ist lediglich beispielhaft. Alternativ dazu kann das Koppelstangen-Lager 35 - wie auch mit Bezug auf das Aggregatelager 3 oben erwähnt - ebenfalls durch direkte Einvulkanisierung oder Umspritzung in der Motorkonsole 11 integriert werden.
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Das als Dämpferlager wirkende hydropneumatische Stellglied 7 weist in der 1 eine Arbeitskammer 23 auf, die in eine Luft-Teilkammer 24 und in eine Hydraulik-Teilkammer 25 unterteilt ist. Die Hydraulik-Teilkammer 25 ist über Drosselkanäle 26 strömungstechnisch mit einer Ausgleichskammer 28 verbunden. In der 1 ist die Luft-Teilkammer 24 als ein Luftvolumen realisiert, das geodätisch unmittelbar oberhalb eines, die Hydraulik-Teilkammer 25 bildenden Hydraulik-Volumens angeordnet ist. Die Pumpmembran 31 begrenzt oberseitig das Luftvolumen 26. Auf diese Weise sind die Luft-Teilkammer 24, die Hydraulik-Teilkammer 25 sowie die Ausgleichskammer 28 federungstechnisch in Reihe geschaltet.
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In der 1 ist die Koppelstange 27 des Stellglieds 7 in der Fahrzeughochrichtung z ausgerichtet, wodurch die Hauptwirkrichtung des Stellglieds 7 in der Fahrzeughochrichtung z verläuft.
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Im Unterschied dazu ist in der 2 die Hauptwirkrichtung des hydropneumatischen Stellglieds 7 in der Fahrzeugquerrichtung y. Entsprechend ist auch die Kolbenstange 27 in Fahrzeugquerrichtung y, das heißt horizontal ausgerichtet. In der 2 ist das Aggregatelager 3 räumlich unabhängig von der Motorkonsole 11 an der Fahrzeugkarosserie 5 montiert. In der Motorkonsole 11 sind die Luft-Teilkammer 24 und die Hydraulik-Teilkammer 25 nicht mehr in einer gemeinsamen Arbeitskammer 23 integriert, sondern vielmehr als voneinander getrennte Teilkammern realisiert, die über einen Fluid-Durchlass 30 miteinander fluidtechnisch in Verbindung sind.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel gezeigt, dessen Aufbau und Funktionsweise im Wesentlichen identisch mit dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist. Im Unterschied zur 1 ist in der 2 die Motorkonsole 11 nach Art eines einseitig eingespannten Kragträgers an der Fahrzeugkarosserie 5 montiert. Hierzu weist die Motorkonsole 11 einen Befestigungsabschnitt 33 auf, über den die Motorkonsole 11 einseitig an der Fahrzeugkarosserie 5 befestigt ist. Vom Konsolen-Befestigungsabschnitt 33 ragt über eine Armlänge I ein frei auskragender Tragarm 35 ab. An dessen, vom Konsolen-Befestigungsabschnitt 33 abgewandten Ende ist materialeinheitlich und einstückig ein Stellglied-Gehäuse angeformt, in dem die Arbeitskammer 23 sowie die Ausgleichskammer 28 ausgebildet sind und die Koppelstange 27 getragen wird. Die Motorkonsole 11 kann aus einem ausreichend elastisch nachgiebigen Material, etwa Kunststoff, hergestellt sein. Auf diese Weise ergibt sich eine im Vergleich zur 1 dynamisch ausgelegte Konsolengeometrie, mit der eine hochfrequente Schwingungsentkopplung verbessert wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4377218 A [0003]
- US 2017138434 A1 [0003]
