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Die Erfindung betrifft ein Motorlager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Lageranordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 12.
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Motorlager dienen zur Abstützung eines Motors gegenüber einer Karosserie eines Fahrzeugs. Dazu umfassen die Motorlager elastische Elemente, welche die Schwingungen des Motors elastisch aufnehmen und diese dadurch isolieren können.
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Die elastischen Lager sind häufig so ausgestaltet, dass sie die Kräfte des Motors in Fahrtrichtung (X-Richtung), etwa die Massenträgheitskräfte beim Bremsen und Beschleunigen, sowie die Gewichtskraft des Motors in Z-Richtung durch in der X-Z-Ebene angestellte Elastomerblöcke oder Keile aufnehmen. Für eine gute Isolation müssen diese Tragpolster jedoch eine geringe Steifigkeit aufweisen, so dass die Verwendung zusätzlicher Endanschläge zur Aufnahme der hohen Lasten notwendig ist.
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Für eine gute Rollmode-Isolation des Motors ist eine geringe Steifigkeit des Zusammenspiels aller Motorlager gegenüber Drehbewegungen des Motors um die Fahrtrichtungsachse bzw. um eine Achse in Fahrtrichtung, die leicht in der X-Z-Ebene geneigt sein kann, entscheidend. Als Rollmode kann eine drehende Schwingung oder Drehungen um die X-Achse verstanden werden. Hierbei entstehen Lagerbewegungen in der Y-Z-Ebene, bei denen es auch zum Einsatz von Z-Endanschlägen kommen kann. Um diesen Nachteil auszugleichen, ist in der
US 8,002,252 A1 ein Lager beschrieben, welches Elastomerblöcke aufweist, welche sowohl in der X-Z-Ebene, wie auch in der Y-Z-Ebene angestellt sind. Nachteilig ist bei dieser Ausführung jedoch die Vielzahl der zu vulkanisierenden Einzelkomponenten, welche eine hohe Anzahl an Werkzeugen sowie einen großen Montageaufwand erfordern.
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Aus der
EP 2159442 B1 ist ein Motorlager mit einer elastomeren Tragfeder bekannt, welche in der X-Z-Ebene, also in Fahrtrichtung und Gewichtskraftrichtung angestellt ist. Die Tragfeder ist jedoch nicht rollmodeoptimiert ausgeführt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde ein Motorlager und eine Motorlageranordnung zu schaffen, welche die Probleme des Standes der Technik überwinden, insbesondere ein in der Z-Richtung gezielt einstellbar progressives Motorlager zu gestalten, welches ohne Z-Anschläge zur Begrenzung einer gewichtskraftverursachten Bewegung auskommt, welches in X-Richtung ebenfalls eine progressive Kennung aufweist und sich darüber hinaus durch eine verbesserte Isolation im Rollmode auszeichnet. Zudem sollen alle Elastomerkomponenten derart ausgestaltet sein, dass sie mit nur einem Vulkanisationswerkzeug herstellbar sind und damit der Montageaufwand gering ist. Ebenfalls soll die Lebensdauer des Motorlagers gesteigert werden.
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Zur erleichterten Beschreibung soll ein dreidimensionales, rechtwinkliges, kartesisches Koordinatensystem orientierend genutzt werden, wobei die X-Achse der Längsachse entspricht, die Y-Achse der Querachse entspricht und die Z-Achse der Hochachse entspricht. Die jeweiligen Bezeichnungen eines Paares an Richtungsangaben kann im Kontext dieser Offenbarung synonym verwendet werden. Dieses Koordinatensystem kann sich nach einer Montagesituation in einem Nutzfahrzeug richten, abgebildet in 6.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 und in Anspruch 12 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 10 und 13.
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Erfindungsgemäß wird also ein Motorlager für ein Fahrzeug, vorzugsweise für ein Nutzfahrzeug vorgeschlagen, wobei das Motorlager ein Lagerteil, ein Trägerelement zum Verbinden mit einer Karosserie des Nutzfahrzeugs und ein elastisches Polsterelement umfasst, welches das Lagerteil mit dem Trägerelement verbindet, wobei das Motorlager in einer Quermittelebene liegt, und wobei das Lagerteil eine Lageroberfläche zum Lagern eines Motors des Nutzfahrzeugs aufweist, die sich entlang einer Querachse und einer senkrecht zu der Querachse angeordneten Längsachse erstreckt, wobei das Lagerteil eine von der Lageroberfläche weg gerichtete, mit dem elastischen Polsterelement verbundene Kontaktoberfläche umfasst, die mit der Querachse einen ersten Winkel einschließt und das Polsterelement in Richtung Längsachse einen ersten Polsterabschnitt und einen zweiten Polsterabschnitt mit jeweils einem Außenbereich aufweist, wobei ein Abstand zwischen den seitlichen Außenbereichen und der Lageroberfläche jeweils geringer ist, als ein Abstand zwischen der Lageroberfläche und einem in Richtung Längsachse zwischen den Außenbereichen angeordneten Zentralbereich .
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Das erfindungsgemäße Motorlager ist somit in einer Y-Z-Ebene, aufgespannt von der Querachse und Hochachse, zumindest abschnittsweise gegenüber der Querachse verkippt und/oder weist einen zumindest abschnittsweise verkippten Verlauf auf. Somit ist also der Querverlauf des Polsterelements zumindest abschnittsweise gegenüber der Lageroberfläche verkippt. Die Lageroberfläche verläuft üblicherweise in einer in einem Motorraum ausgebildeten Montagestellung waagerecht. Die Y-Z-Verkippung des Polsterelements dient beispielsweise in Montagestellung einer primären Belastung auf Schub im Rollmode, was zu einem weichen Rollmode und einer damit einhergehenden guten Isolation führt. Das erfindungsgemäße Motorlager ist auch in einer X-Z-Ebene, aufgespannt von der Längsachse und Hochachse, zumindest abschnittsweise gegenüber der Längsachse verkippt und/oder weist zumindest abschnittsweise einen verkippten Verlauf auf. Diese X-Z-Verkippung des Polsterelements kann beispielsweise als längsschnittliche (entlang der Längsachse bzw. X-Achse) U-Form oder V-Form mit verkippten oder angestellten Schenkeln ausgeführt sein. Die X-Z-Verkippung des Polsterelements verbessert das progressive Verhalten in X-Richtung.
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Mit Vorteil umfasst das Motorlager lediglich ein einziges Polsterelement, wodurch eine erhebliche Komplexitäts- und Kostenreduktion einhergeht. Das Polsterelement kann einstückig oder gar monolithisch ausgeführt sein. Nunmehr müssen nämlich nicht eine Vielzahl diverser Polsterelemente einzeln hergestellt und einzeln zusammengebaut werden, sondern die gesamte Elastomerkontur oder das Polsterelement des Lagers kann in dieser vorteilhaften Ausgestaltung in einer einzigen Vulkanisationsform hergestellt werden. Die Polsterabschnitte können in Längsrichtung benachbart zueinander angeordnet sein und/oder zu jeder Seite der Quermittelebene kann einer der Polsterabschnitte angeordnet sein und/oder die Polsterabschnitte können zu der Quermittelebene spiegelsymmetrisch ausgebildet sein und/oder der Zentralbereich kann in der Quermittelebene liegen.
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Vorteilhaft kann zudem das Vorsehen eines einzigen und/oder einstückigen und/oder monolithischen Trägerelements sein, woraus sich ebenfalls eine erhebliche Komplexitäts- und Kostenreduktion ergibt. Beispielsweise müsste nunmehr lediglich ein einziges Trägerelement in ein Vulkanisationswerkzeug eingesetzt werden. Dadurch können die Werkzeuge geringerkomplex ausgebildet und die Herstellung beschleunigt und kostengünstiger durchgeführt werden.
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Der erste Winkel, in der Y-Z-Ebene oder einer dazu parallel liegenden Ebene, dient dazu, das Polsterelement zu verkippen und zwar derart, dass es in Montagestellung zu einer Fahrzeuglängsmittelebene hin nach unten gekippt verlaufen kann bei etwa waagerechter Ausrichtung der Lageroberfläche, wodurch im Rollmode bei Rotation eines gelagerten Motors um seinen Momentanpol eine primäre Belastung auf Schub erreichbar ist. Die Fahrzeuglängsmittelebene erstreckt sich mittig durch das Fahrzeug entlang dessen Längserstreckung. Mit anderen Worten wird das Polsterelement in diese Schubbelastung eingekippt, um eine primäre Schubbelastung zu erreichen, die zu einer geringen Steifigkeit und einer damit einhergehenden guten Isolation des Rollmodes führt.
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Ein seitlicher Außenbereich erstreckt sich in Längsrichtung zwischen dem seitlichen Außenrand des Polsterelements und dem Zentralbereich, wobei der Zentralbereich einen größeren Abstand zur Lageroberfläche aufweist als der seitliche Außenbereich. Das kann für beide Außenbereiche gelten. Der seitliche Außenbereich kann den seitlichen Außenrand umfassen. Dadurch, dass der Abstand zwischen den seitlichen Außenbereichen und jeweils der Lageroberfläche kleiner als der Abstand des Zentralbereichs zur Lageroberfläche ist, kann ein in Längsrichtung oder in X-Z-Ebene entsprechend geformtes Polsterelement mit einem geeigneten Formverlauf, beispielsweise V-förmig oder U-förmig, geschaffen werden. Dieser Formverlauf führt zu einer in Richtung Längsachse gut einstellbaren und progressiven X-Steifigkeit. Diese X-Steifigkeit kann je nach Variation und/oder Verhältnisse der Abstände auch stark ausprägbar sein. Die Polsterabschnitte umfassen die seitlichen Außenbereiche. Das erfindungsgemäße Polsterelement ist also derart ausformbar, dass es insbesondere beim Bremsen und Beschleunigen den auftretenden Trägheitskräften des Motors mit einem progressiven Steifigkeitsverlauf begegnen kann, ohne dass es zu Steifigkeitssprüngen durch den Einsatz von zusätzlichen Anschlagpuffen in X-Richtung kommt. Es ist denkbar, dass der geringere Abstand zwischen den seitlichen Außenbereichen und der Lageroberfläche in Bezug auf den Abstand vom Zentralbereich zur Lageroberfläche für alle Längsschnittbereiche entlang der Querachse gilt.
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Das erfindungsgemäße Lager kann weiterbildungsgemäß zudem in Richtung negativer Z-Achse, also in Wirkrichtung einer Gewichtskraft, bevorzugt frei von bislang üblichen Bewegungsbegrenzungen oder Endanschlägen sein, die einen in Druckrichtung durch die Gewichtskraft verursachten Bewegungsweg schlagartig begrenzen, also frei von Endanschlägen in Druckrichtung. Diese Endanschläge führen zu einem plötzlichen Steifigkeitsanstieg und reduzieren dadurch die Lebensdauer umliegender Komponenten erheblich. Das erfindungsgemäße Polsterelement macht derartige Endanschläge überflüssig.
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Es ist auch denkbar, dass das Trägerelement mit der Querachse einen sechsten Winkel einschließt, welcher vorzugsweise den gleichen Betrag wie der des ersten Winkels aufweist. Zumindest ein Außenrand des Polsterelements kann so verlaufen, dass er einen weiteren Winkel einschließt. Gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motorlagers schließt der erste seitliche Außenrand des Polsterelements mit der Längsachse einen zweiten Winkel ein und/oder ein zweiter Außenrand des Polsterelements schließt mit der Längsachse einen dritten Winkel ein, der den gleichen Betrag wie der zweite Winkel aufweist. Diese Winkel können aufgespannt sein zwischen einer auf dem Trägerelement stehenden Senkrechten, die den jeweiligen Außenrand zumindest schneidet, und der Längsachse. Zusätzlich oder alternativ ist denkbar, dass ein Zentralverlauf des ersten Außenbereichs mit der Längsachse einen vierten Winkel einschließt und/oder ein Zentralverlauf des zweiten Außenbereichs mit der Längsachse einen fünften Winkel einschließt, der den gleichen Betrag wie der vierte Winkel aufweist. Als Zentralverlauf kann die Fläche aufgefasst werden, welche im Polsterelement liegt und zu beiden Anbindungsflächen bzw. Kontaktoberflächen (Anbindungsfläche zum Lagerteil und Anbindungsfläche zum Trägerelement), gleiche Abstände aufweist. Der Zentralverlauf kann auch als Mittenfläche bezeichnet werden mit gleichen Abständen zu den genannten Anbindungsflächen. Der vierte und/oder fünfte Winkel ist dann aufgespannt zwischen einer Tangente des Zentralverlaufs und der Längsachse. Der Zentralverlauf kann auch die Erstreckung des Außenbereichs definieren. Ein Außenbereich kann der außenseitig liegende Bereich des Polsterelements sein, der einen weitgehend gleichmäßigen Zentralverlauf aufweist. Ein gleichmäßiger Zentralverlauf kann als solcher aufgefasst werden, welcher eine proportionale Steigung aufweist, jedoch kann der Zentralverlauf auch einen linearen, degressiven, progressiven, regressive Verlauf oder eine Kombination daraus aufweisen.
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Der zweite Winkel und der dritte Winkel können dazu dienen, den Außenrand des Polsterelements in Richtung der Längsachse anzustellen und somit die Steifigkeit in der X-Achse gut einstellbar und progressiv ausführbar zu gestalten. Diese X-Steifigkeit kann je nach Winkelstellung auch hoch ausprägbar sein.
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Das Polsterelement kann eine Nierenausnehmung umfassen. Weiterbildungsgemäß kann das Polsterelement im Zentralbereich eine zentral angeordnete Ausnehmung aufweisen, die sich entlang der Kontaktoberfläche und/oder in der Quermittelebene erstreckt. Es können auch mehrere zentrale Ausnehmungen vorgesehen sein. Die Ausnehmung kann beispielsweise durch das Polsterelement durchgängig und/oder bezüglich des eigenen Querschnitts nierenförmig, rund, tropfenförmig, augenförmig oder als Tasche im Polsterelement ausgebildet sein. Damit ist die Form der Ausnehmung so wählbar, dass das Volumen der Niere und damit die vordefinierte Last zum Schließen der Niere, gut einstellbar ist. Da die Steifigkeit in Wirkrichtung der Gewichtskraft nach dem Schließen der Niere einen progressiveren Verlauf aufweist, als vor dem Schließen der Niere, kann durch die Gestaltung des Nierenquerschnitts der Einsatzpunkt des progressiveren Verlaufs auf der Kraft-Weg-Kennlinie dimensioniert werden und gleichzeitig eine für das Belastungskollektiv des Lagers optimale Nierengeometrie gefunden werden kann, welche die Minimierung der Dehnungen im Polsterelement an der Oberfläche der Ausnehmung erlaubt. Damit ist neben der Einstellbarkeit der Steifigkeit und der Progression des Lagers auch eine hohe Lagerlebensdauer erreichbar.
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Hier zeigt sich eine einteilige Ausgestaltung des Polsterelements mit Zentralbereich in besonderer Weise. Erst das Vorhandensein eines Zentralbereich ermöglicht überhaupt das Vorsehen einer solchen Ausnehmung, um das Lagerverhalten zu beeinflussen und abzustimmen. Die Progression in Z-Richtung kann durch die Geometrie der Ausnehmung eingestellt werden. Sobald das Polsterelement in Z-Richtung so weit eingefedert bzw. komprimiert ist, dass die Ausnehmung vollständig geschlossen ist, verringert sich die freie Oberfläche des Polsterelements und die Steifigkeit wird progressiv. Auch mittels Form der Niere kann auf die auftretenden Dehnungen in dem Lager Einfluss genommen werden. Mittels der Offenfläche, also derjenige Fläche der Niere oder der Ausnehmung, welche umfangsseitig zumindest abschnittsweise von dem Polsterelement begrenzt und mittels Krafteinwirkung auf das Polsterelement reduzierbar ist, kann auf den Einsatzpunkt der steigenden Progression Einfluss genommen werden. Eine längsschnittlich runde und/oder kleine Niere führt zu einem frühzeitigen Einsetzen progressiven Verhaltens. Eine längsschnittlich ovale Niere (stehend, bzw. langer Durchmesser verläuft in Z-Richtung) führt zu einem späten Einsetzen progressiven Verhaltens. Durch das komplette Weglassen einer solchen Ausnehmung zeigt das Lager folglich sofort nach Krafteinwirkung ein stark progressives Verhalten.
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Auch mittels dieser Ausnehmung kann in vorteilhaft einfacher Weise eine Steifigkeit und Progression des Lagers in Hochrichtung eingestellt werden und somit ein Verhalten des Polsterelements in Abhängigkeit einwirkender Kräfte beeinflusst werden. Mittels Einbringen und Ausgestalten (Form, Lage, Anzahl, Offenfläche) der Ausnehmung kann ein Progressionsverlauf in Hochrichtung einstellbar sein und zwar weitgehend unabhängig von der Einstellung der schubdominierten Steifigkeit in Bewegungsrichtung des Lagers im Rollmode. Ferner kann durch die Ausgestaltung der Niere (Form, Lage, Anzahl und Offenfläche) die Dehnung im Elastomer gezielt beeinflusst werden und somit ein Lager mit hoher Lebensdauer geschaffen werden. Die Ausnehmung kann spiegelsymmetrisch zur Quermittelebene angeordnet sein.
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Die Ausnehmung kann vollständig von der Gewichtskraft schließbar sein. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Ausnehmung derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass sie vollständig schließbar ist, wenn das Lagerteil mit einer Druckkraft vordefinierten Betrags in Richtung des Trägerelements beaufschlagt ist. Durch das vollständige Schließen der Ausnehmung wird die freie Oberfläche des Polsterelementes reduziert, was bei einer weiteren Zunahme der Belastung zu einem Steifigkeitsanstieg des Lagers führt. Somit ist die Ausnehmung für eine vordefinierte Last punktgenau an einen einzustellenden Progressionseinsatzpunkt anpassbar.
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Es ist zudem denkbar, dass in Richtung der Hochachse das Polsterelement zur einen Seite unmittelbar an das Lagerteil und zur anderen Seite unmittelbar an das Trägerelement angrenzt. Dadurch kann ein flaches Lager geschaffen werden.
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Dem zweiten und/oder dritten Winkel können ebenso wie dem vierten und/oder fünften Winkel konkrete Maße zugeordnet werden. Denkbar ist daher zudem ein erfindungsgemäßes Motorlager, bei welchem das Polsterelement eine in der Quermittelebene liegende Polsterlängsachse aufweist, wobei eine Projektion des zweiten und/oder dritten Winkels auf eine zu der Polsterlängsachse orthogonalen Projektionsebene einen Betrag zwischen 10° und 50°, vorzugsweise zwischen 20° und 40°, weiter vorzugsweise zwischen 25° und 35° aufweist und/oder eine Projektion des vierten und/oder fünften Winkels auf eine zu der Polsterachse orthogonale Projektionsebene einen Betrag zwischen 40° und 80°, vorzugsweise zwischen 50° und 70°, weiter vorzugsweise zwischen 55° und 65° aufweist. Die Polsterlängsachse erstreckt sich zentral durch das Polsterelement. Die Polsterlängsachse kann mit der Querachse einen Winkel vom Betrag des ersten Winkels einschließen, womit sie parallel zur Kontaktoberfläche verlaufen kann. Denkbar ist zudem, dass die Winkelsumme aus dem zweiten und vierten Winkel und/oder aus dem dritten und fünften Winkel 90° beträgt. Diese Winkelgrößen haben sich als besonders vorteilhaft zur Realisierung des progressiven Verhaltens in X-Richtung herausgestellt.
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Es ist gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Motorlagers denkbar, dass das Polsterelement ohne eine Ausnehmung bzw. ausnehmungsfrei ausgeführt ist. Damit ergibt sich ein besonders progressiver Steifigkeitsverlauf in Z-Richtung, welcher sich im Vergleich zu den vorher erörterten Ausführungsformen mit Ausnehmung nicht durch eine plötzliche Veränderung der freien Oberfläche des Haupttragpolsters beim Erreichen einer definierten Last auszeichnet.
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Weiterbildungsgemäß kann das Trägerelement ein Trägerblech sein, vorzugsweise ein einteiliges Trägerblech. Das Trägerblech kann das Polsterelement lagerbockseitig, karosserieseitig und/oder unterseitig abdecken, vorzugsweise an seiner gesamten lagerbockseitigen, karosserieseitigen oder unterseitigen Oberfläche. Mittels des Trägerbleches kann das Polsterelement mit einem Lagerbock durch Form- oder Kraftschluss, beispielsweise durch das Umbiegen von an dem Trägerelement integrierten Fixierlaschen, Schnapphaken oder Schrauben befestigt werden. Eine solche Ausführungsform verhindert zudem zwei Nachteile. Würde das Polsterelement nämlich direkt auf den Lagerbock aufvulkanisiert, hätte dies zwei Nachteile: Der Lagerbock ist sehr dick und umfasst viel Masse, die bei jedem Vulkanisationszyklus aufgeheizt werden müsste. Ein derartiger Energieaufwand fällt mit dem Trägerelement gar nicht an, da ein dünnes Trägerblech gewählt werden kann (ca. 2 bis 4 mm), und somit erheblich weniger Energie beim Vulkanisieren benötigt wird. Die gestalterische Freiheit bei der Geometrie des Polsterelements wäre beim direkten Aufvulkanisieren stark eingeschränkt, da die „Rückseite“ des Polsterelements zu einem Großteil vom Lagerbock überdeckt wäre und diese überdeckte Seite daher nicht mehr erreichbar ist - der Lagerbock wäre im Weg.
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Dadurch, dass das Trägerblech einteilig ist, kann das gesamte Motorlager als Ganzes mittels des einteiligen Trägerbleches in den Lagerbock eingeschoben und dort fixiert werden. Da das Trägerblech einteilig ist, ist zudem das Zentrieren des Trägerbleches in einer Nut-Feder-Verbindung mit dem Lagerbock wesentlich einfacher, als wenn ein mehrteiliges Trägerblech gleichzeitig mittels Nut-Feder-Verbindung in den Lagerbock einzuführen wären. Auch reicht bei einem einteiligen Trägerblech ein einziges Fixierelemenent zur sicheren Fixierung, beispielsweise eine einzige Fixierlasche oder Schraube, auch wenn bevorzugt zwei Fixierelemente verwendet werden. Dahingegen müssten bei einem mehrteiligen Trägerblech, welche jeweils mittels Nut-Feder-Verbindung mit dem Lagerbock verbindbar wären, die Anzahl der Fixierelemente entsprechend der Mehrteiligkeit der Trägerbleche vergrößert werden, um die gleiche Festlegungsqualität zu erreichen. Das Lagerteil mit dem einteiligen Trägerblech ist daher einfacher zu montieren, bedarf weniger Fixierelemente und weniger Fixiervorgänge, wie beispielsweise das Umlegen der Fixierlaschen, das Verschrauben oder das Einrasten von Schnapphaken.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Motorlagers kann das Trägerelement einen U- oder V-förmigen Schnittverlauf bzw. längsschnittlich entlang der Längsachse aufweisen, welcher bevorzugt spiegelsymmetrisch zur Quermittelebene und in Richtung der Hochachse geöffnet ist. Es ist zusätzlich oder alternativ denkbar, dass das Polsterelement einen U- oder V-förmigen Schnittverlauf bzw. längsschnittlich entlang der Längsachse aufweist, welcher bevorzugt spiegelsymmetrisch zur Quermittelebene ist. Das Polsterelement ist dann zumindest in seinen seitlichen Außenbereichen angestellt oder verkippt. Denkbar ist, dass auch die Kontaktoberfläche diesem Verlauf folgt, was zu einem U- oder V-förmigen Schnittverlauf bzw. längsschnittlich entlang der Längsachse der Kontaktoberfläche führen kann. Auch diese Form dient einem progressiven Steifigkeitsverlauf zur Entgegnung von Motorträgheitskräften in X-Richtung.
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Das Polsterelement kann im unbelasteten Zustand eine gleiche Dicke über seine Erstreckung in Längsrichtung und/oder Querrichtung aufweisen. Eine weitere Ausgestaltung des Motorlagers nach der Erfindung kann vorsehen, dass das Trägerelement parallel zu der Kontaktoberfläche verläuft und/oder ein Querschnittsverlauf des Trägerelements in Richtung Querachse und/oder ein Längsschnittverlauf des Trägerelements in Richtung Längsachse mit dem entsprechenden Querschnittsverlauf bzw. Längsschnittverlauf der Kontaktoberfläche korrespondiert, vorzugsweise diesem folgt, insbesondere wenn das Polsterelement frei von äußeren Druckkräften ist. Somit ist die förmliche Ausgestaltung beider Elemente gleichgeschaltet, wobei ein Abstand zwischen Trägerelement und Kontaktoberfläche über zumindest weite Bereiche der Querachse und/oder Längsachse gleich sein kann. Der Abstand in Richtung Hochachse zwischen Anbindungsfläche am Trägerelement und Anbindungsfläche am Lagerteil kann also identisch sein.
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Zur Fixierung des Motorlagers an einem Lagerbock kann zumindest eine Einschubfeder vorgesehen sein. Weiterbildungsgemäß ist daher denkbar, dass das Trägerelement mindestens eine Einschubfeder zum Eingreifen in eine korrespondierende Nut umfasst. Die Nut kann beispielsweise im Lagerbock ausgeführt sein. Vorzugsweise umfasst das Trägerelement zwei vorzugsweise seitlich angeordnete Einschubfedern, welche zur Festlegung im Lagerbock mittels Nut-Federverbindung dienen. Da das Trägerelement einstückig sein kann, kann auch die Zahl der Einschubfedern sehr gering sein - mindestens jedoch eine Einschubfeder je Trägerelement. Da nicht mehrere einzelne Tragpolster auf den Lagerbock bzw. das Lagerteil montiert werden müssen, sondern die gesamte am Lagerbock festzulegende Elastomeroberfläche oder Polsterelementoberfläche an diesem einen Trägerblech befestigt ist, genügt auch maximal eine Einschubfeder. Das reduziert auch die notwendige Anzahl der Fixierelemente zwischen Lagerbock und Trägerelement, wie beispielsweise Fixierlaschen, Schrauben oder Schnapphaken. Die mindestens eine Einschubfeder kann einen Überzug aus dem Material des Polsterelements umfassen, welcher vorzugsweise ein Gummiüberzug ist. Denkbar ist eine einteilige oder gar monolithische Ausführung von Überzug und Polsterelement.
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Erfindungsgemäß wird zudem eine Lageranordnung vorgeschlagen, umfassend einen Motor, mindestens zwei mit einer Karosserie eines Nutzfahrzeugs verbindbaren Lagerböcke für den Motor und mindestens zwei Motorlager nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei jedem Lagerbock ein Motorlager zugeordnet ist, wobei die mindestens zwei Motorlager in einem Kraftflussweg zwischen dem Motor und dem Lagerbock angeordnet sind und jeweils die Lageroberfläche mit dem Motor in Kontakt steht sowie jeweils das Trägerelement mit dem Lagerbock verbunden ist, wobei der Motor zwischen den mindestens zwei Motorlagern angeordnet ist, wobei die Motorlager derart angeordnet sind, dass eine Rollbewegung des Motors um seine Rollachse zu einer Bewegung des Lagerteils führt, wobei die Bewegungsrichtung des Lagerteils das Polsterelement (16) primär auf Schub belastet.. Bezogen auf das eingangs genannte Koordinatensystem können die erfindungsgemäßen Motorlager derart montiert sein, dass sich die Längsachse jedes Lagers zumindest weitgehend in Fahrtrichtung erstreckt.
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Weiterbildungsgemäß können die Motorlager derart angeordnet sein, dass eine die primäre Schubkraft für das Polsterelement repräsentierende Tangente der Rollmodebewegung mit der Polsterquerachse einen siebten Winkel einschließt, welcher einen Betrag im Bereich von 5 bis 15°, vorzugsweise von 10° hat. Die Tangente ist also für eine besonders niedrige Steifigkeit und gute Isolation im Rollmode etwas mehr geneigt als die Polsterlängsachse. Der optimale Winkel kann durch die Nachgiebigkeiten des Polsterelements in Druck-/Schubrichtung in der Z-Y-Ebene definiert werden. Das Polsterelement weist die in der Quermittelebene Q liegende Polsterquerachse auf, welche die Anstellung des Polsterelements in Z-Y-Richtung repräsentiert.
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Die oben bezüglich des Motorlagers beschriebenen Vorteile ergeben sich analog auch für die Lageranordnung, weshalb darauf verwiesen wird.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 ein erfindungsgemäßes Motorlager gemäß einer ersten Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht,
- 2 eine Frontansicht des Motorlagers nach 1 in Blickrichtung des Pfeils B2 nach 3, wobei gegenüber 1 die Niere oval ausgeführt ist,
- 3 eine Querschnittansicht durch das Motorlager nach 2 entlang der Linie III-III in 2,
- 4 eine Frontansicht eines weiteren Motorlagers in Blickrichtung des Pfeils B4 nach 5,
- 5 eine Querschnittansicht durch das Motorlager nach 4 entlang der Linie V-V in 4, und
- 6 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung.
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In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z. B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
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1 bildet ein Motorlager 10 für ein Nutzfahrzeug ab, welches in einer Quermittelebene Q liegt, wobei das Motorlager 10 ein Lagerteil 12 umfasst, welches aus einem relativ starren Material gefertigt sein kann. Das Lagerteil 12 weist eine Lageroberfläche 18 zum Lagern eines Motors 50 eines Nutzfahrzeugs auf, wobei sich die Lageroberfläche 18 entlang einer Querachse 20 und einer senkrecht zu der Querachse 20 (Y-Achse) angeordneten Längsachse 22 (X-Achse) erstreckt. Dieses Koordinatensystem umfasst zudem eine Hochachse 21 (Z-Achse). Es ist auch ein Rollmode R angezeichnet, wobei der Momentanpol der Rollbewegung, wie 6 zeigt, weit außerhalb des Lagers 10, zwischen zwei gegenüber montierten Motorlagern 10 rechts und links des Motors 50 in Bezug auf die X-Achse, liegt. Die Lageroberfläche 18 ist exemplarisch von zwei Anbindungsausnehmungen 54 durchbrochen, in welche beispielsweise nicht dargestellte Schraubmittel zur Verschraubung des Motors 50 eingreifen können. An seinen in der Längsachse 22 liegenden Außenbereichen und an seinem in der Querachse 20 liegenden Rückbereich trägt das Lagerteil 12 Anschlagspolster 56 aus einem elastischen Material, welche bei zu starker Belastung ein Anschlagen an andere Fahrzeugkomponenten oder einen Lagerbock 44 dämpfen können. Ein derartiges Anschlagspolster 56 trägt das Lagerteil 12 zudem an seiner in Hochachse 21 liegenden Kopffläche.
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Unterhalb des Lagerteils 12, welches aus einer Metalllegierung gefertigt sein kann, ist ein gummielastisches Polsterelement 16 angeordnet, welches wiederum selbst an ein einstückiges Trägerelement 14 angrenzt. Das Polsterelement 16 ist in einem einzigen Vulkanisationszyklus mit dem Lagerteil 12 und dem Trägerelement 14 ausgebildet. Zentral weist das Polsterelement 16 eine durchgehende Ausnehmung 40 mit einer Offenfläche auf, welche an das Trägerelement 14 angrenzt bzw. dort offen ausgebildet ist. Da das Polsterelement 16 einteilig ausgeführt ist, sind beide Bereiche des Polsterelements 16 beidseits der Ausnehmung 40 am Lagerteil 12 miteinander verbunden.
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Wie 3 zeigt, weist das Lagerteil 12 einen keilförmigen Querschnitt auf, welcher entlang der Querachse 20 zuläuft. Das Polsterelement 16 ist somit zwischen dem mit dem Motor 50 zu verschraubenden Lagerteil 12 und dem Trägerelement 14 platziert, so dass es Relativbewegungen zwischen beiden Bauteilen, bzw. zwischen dem Motor 50 und der Karosserie entkoppeln und isolieren kann. Um das Trägerelement 14 mit dem Lagerbock 44 zu verbinden, weist das Trägerelement 14 beidseitig monolithisch ausgeführte Einschubfedern 74 auf, die in korrespondierende Nuten des in 3 dargestellten Lagerbocks 44 eingeschoben werden können. Auch ist eine von zwei Fixierlaschen 76 gezeigt, welches ebenfalls vom Trägerelement 14 umfasst, vorzugsweise monolithisch verbunden sind und nach dem vollständigen Einschieben der Einschubfedern 74 in die Nuten durch nicht dargestellte Löcher im Lagerbock 44 hindurchragen und anschließend zur Fixierung des Motorlagers 10 am Lagerbock 44 umgebogen werden können. So kann mittels der Fixierlaschen 76 ein Formschluss zwischen Trägerblech und Lagerbock 44 hergestellt werden.
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Wie nun 2 zeigt, weist das Lagerteil 12 eine von der Lageroberfläche 18 weg gerichtete, mit einem elastischen Polsterelement 16 verbundene Kontaktoberfläche 24 auf. Die Kontaktoberfläche 24 ist diejenige Fläche, über welche das Polsterelement 16 mit dem Lagerteil 12 verbunden ist. Dabei ist die Kontaktoberfläche 24 weitgehend V-förmig bzw. U-förmig in Richtung Längsachse 22 ausgeführt. Räumlich und in Wirkrichtung ist zwischen dem Lagerteil 12 und einem Trägerelement 14 also das einteilige Polsterelement 16 aus elastischem Material, beispielsweise Gummi oder Elastomer, angeordnet. Das Polsterelement 16 verbindet das Lagerteil 12 mit dem einteiligen Trägerelement 14, so dass zwischen diesen beiden Elementen keine unmittelbare Verbindung besteht und ausschließlich das eine einzige Polsterelement 16 diese beiden miteinander verbindet.
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In seinen an dem Lagerteil 12 und dem Trägerelement 14 auslaufenden Rändern ist das Polsterelement 16 mit jeweils einem kleinen Radius 52 versehen. Ein weicher Übergang in der Anbindungszone des Polsterelementes 16, hier als Radius 52 ausgeführt, ist für eine hohe Lebensdauer des Bauteils wichtig, insbesondere dann, wenn die Einschubfedern 74 ganz oder teilweise nicht mit Elastomer überzogen sein sollten. Die dargestellten Einschubfedern 74 sind nicht gummiert. Damit ist eine einfache Montage der Nut-Feder-Verbindung mit einer leichten Übergangspassung möglich. Alternativ kann die Einschubfeder 74 mit einer dünnen Elastomerschicht versehen sein, welches das Formkonzept vereinfacht und einen sicheren, festen Sitz der Nut-Feder-Verbindung gewährleistet, jedoch zu potentiell höheren Montagekräften führt.
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Das Polsterelement 16 umfasst in Richtung der Längsachse 22 einen ersten Polsterabschnitt 30 zur einen Seite der Quermittelebene Q und einen zweiten Polsterabschnitt 32 zur anderen Seite der Quermittelebene Q mit jeweils einem Außenbereich 30a, 32a. Die beiden Polsterabschnitte 30, 32 treffen sich an dem Trägerelement 14 zentral und gehen ineinander über. Das Polsterelement 16 umfasst über seine gesamte Erstreckung in Richtung der Querachse 20 einen U-förmigen Längsschnittverlauf mit weit abgeflachten Schenkeln. Auch die Kontaktoberfläche 24 sowie das Trägerelement 14 weisen einen U- förmigen Längsschnittverlauf über jeweils ihre gesamte Erstreckung in Richtung der Querachse 20 auf. Auch die Längsschnittverläufe über ihre jeweilige gesamte Erstreckung in Richtung der Längsachse 22 korrespondieren bei der Kontaktoberfläche 24, dem Polsterelement 16 und dem Trägerelement 14 miteinander.
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2 zeigt zudem, dass das Polsterelement 16 in seinen beiden seitlichen Außenbereichen 30a, 32a jeweils einen geringeren Abstand 34 zu der Lageroberfläche 18 aufweist als ein zwischen den Außenbereichen 30a, 32a angeordneter Zentralbereich 31 mit einem Abstand 36, wobei hier die jeweiligen Abstände 34, 36 in Längsrichtung gesehen zu vergleich sind. Die Abstände 34 und 36 können auch ab dem Zentralverlauf 30az bzw. 32az gemessen werden. Auch im Zentralbereich 31 liegt ein Abschnitt des Zentralverlaufs, bezeichnet als 31 az. Die einzelnen Zentralverläufe 30az, 31az und 32az bilden Teile des Zentralverlaufs des Polsterelements 16. Wie 3 zeigt, nimmt zwar der Abstand 34 aufgrund der Keilform des Lagerteils 12 in Blickrichtung B2 ab, jedoch nimmt auch der Abstand 36 in gleichem Maße ab, so dass der Abstand 36 über die gesamte Quererstreckung größer als der Abstand 34 ist. Somit ist der Körper des Polsterelements 16 bezüglich der Lageroberfläche 18 bauchig oder konvex ausgebildet. Obgleich der Abstand 36 in der Quermittelebene Q abgetragen werden soll, ist er aus Gründen der Übersichtlichkeit etwas außermittig dargestellt. Das Motorlager 10 und somit auch das Lagerteil 12, das Trägerelement 14 und das Polsterelement 16 sind spiegelsymmetrisch zur Quermittelebene Q ausgebildet. Das Trägerelement 14 ist plattenförmig und als einteiliges Trägerblech ausgestaltet. Es dient zum Verbinden des Motorlagers 10 mit dem an der Karosserie des Nutzfahrzeugs befestigten Lagerbock 44 vermittels der Einschubfedern 74 und Fixierlaschen 76.
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2 zeigt die Erstreckung der Bereiche 30, 31 und 32 in Längsrichtung 22, wobei in jedem dieser Bereiche der entsprechende Abschnitt der Zentralverläufe 30az und 32az weitgehend gleichmäßigen ist. Gleiches gilt auch für 4.
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Im Zentralbereich 31 weist das Polsterelement 16 eine zentral angeordnete Ausnehmung 40 in der Form einer Niere auf, wobei sich diese von der in 1 gezeigten unterscheidet und entlang der Kontaktoberfläche 24 und in der Quermittelebene Q erstreckt. Die Ausnehmung 40 weist eine Offenfläche auf und kann derart ausgebildet und/oder angeordnet sein, dass sie vollständig schließbar ist, wenn das Lagerteil 12 mit einer Druckkraft vordefinierten Betrags in Richtung des Trägerelements 14 beaufschlagt ist. Die gezeigte Ausnehmung 40 grenzt an die Kontaktoberfläche 24 an. Sie kann jedoch auch zugleich an das Trägerelement 14 angrenzen oder weder eine Angrenzung an das Trägerelement 14 noch an die Kontaktoberfläche 24 aufweisen.
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Das Polsterelement 16 weist einen zur einen Seite der Quermittelebene Q verlaufenden Zentralverlauf 30az und einen zur anderen Seite der Quermittelebene Q verlaufenden Zentralverlauf 32az auf. Diese beiden Zentralverläufe 30az, 32az unterteilen das Polsterelement 16 in eine obere und eine untere Hälfte, wobei sie an jeder Stelle gleiche Abstände zu dem benachbarten Trägerelement 14 und zu der benachbarten Kontaktoberfläche 24 aufweisen. 2 zeigt nun, dass jeder der beiden Zentralverläufe 30az, 32az einen im Bereich des jeweiligen Außenbereichs 30a, 32a angeordneten geraden Verlauf und einen im Zentralbereich 31 angeordneten kurvigen Verlauf aufweist.
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Der erste Außenbereich 30a oder dessen seitlicher Außenrand 30ar schließt mit der Längsachse 22 einen zweiten Winkel W2 ein. Auch der zweite Außenbereich 32a oder dessen seitlicher Außenrand 32ar schließt mit der Längsachse 22 einen dritten Winkel W3 ein, der den gleichen Betrag wie der zweite Winkel 28 aufweist. Diese Winkel W2 und W3 sind aufgespannt zwischen einer auf dem Trägerelement 14 stehenden Senkrechten, die den jeweiligen Außenrand 30ar, 32ar zumindest schneidet, und der Längsachse 22.
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Der Zentralverlauf 32az des zweiten Außenbereichs 32a schließt mit der Längsachse 22 einen fünften Winkel W5 ein. Auch der Zentralverlauf 30az des ersten Außenbereichs 30a schließt mit der Längsachse 22 einen vierten Winkel W4 ein, der den gleichen Betrag wie der fünfte Winkel W5 aufweist. Deutlich zeigt also 2 die Verkippung des Polsterelements 16 in einer X-Z-Ebene.
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In 3 ist das Motorlager 10 an einem Lagerbock 44 befestigt abgebildet, welcher das Motorlager rückseitig überdeckt. Die Lageroberfläche 18 ist gemäß der Montagesituation nach 6 horizontal ausgerichtet. 3 zeigt entlang der Schnittlinie III-III aus 2 eine weitere Winkelbeziehung bei dem Motorlager 10. Die Kontaktoberfläche 24 schließt mit der Querachse 20 einen ersten Winkel W1 ein und das Trägerelement 14 schließt mit der der Querachse 20 einen sechsten Winkel W6 ein, wobei diese beiden Winkel W1, W6 in der Ausführung von 3 den gleichen Betrag aufweisen, da die Kontaktoberfläche 24 in Richtung der Querachse 20 parallel zum Trägerelement 14 verläuft. Deutlich zeigt also 3 die Verkippung des Polsterelements 16 in einer Y-Z-Ebene.
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Das Polsterelement 16 weist zudem eine in der Quermittelebene Q liegende Polsterquerachse 42 auf, wobei eine Projektion des zweiten Winkels W2 der des dritten Winkels W3 auf eine zu der Polsterquerachse 42 orthogonale Projektionsebene 58 einen Betrag zwischen 10° und 50° aufweist. Eine Projektion des vierten Winkels W4 oder fünften Winkels W5 auf die zu der Polsterachse 42 orthogonale Projektionsebene 58 weist einen Betrag zwischen 40° und 80° auf. Diese Winkel können die Steifigkeit und/oder das progressive Verhalten in Längsrichtung 22 bestimmen.
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Die 4 und 5 zeigen ein Motorlager 10 analog zum bisher gezeigten Motorlager 10 in der 2 und 3, wobei im Folgenden im Wesentlichen lediglich auf die Unterschiede zu dem Motorlager der 2 und 3 eingegangen werden soll.
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Das Polsterelement 16 der 4 und 5 ist ausnehmungsfrei ausgebildet bzw. ist ohne eine Ausnehmung 40 ausgeführt. Zudem weisen die Zentralverläufe 30az und 32az einen anderen Verlauf auf. Im Zentralbereich 31 verlaufen die Zentralverläufe 30az und 32az weniger gebogen bzw. flacher, jedoch sind sie in den Außenbereichen 30a, 32a stärker gebogen.
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6 zeigt eine schematische Lageranordnung 48 mit einem Motor 50 und zwei mit einer Karosserie eines Nutzfahrzeugs verbindbaren Lagerböcken 44 in Montagestellung für den Motor 50. Durch den Motor 50 ragt eine Rollachse 46, welche üblicherweise in Fahrtrichtung leicht nach oben zeigend verläuft. Der Motor 50 liegt zudem in einer Fahrzeuglängsmittelebene FLM, welche die Quermittelebenen Q im rechten Winkel schneidet. Die zwei gezeigten Motorlager 10 sind in einem Kraftflussweg 72 zwischen dem Motor 50 und dem entsprechenden Lagerbock 44 angeordnet. Die jeweiligen Lageroberflächen 18 stehen mit dem Motor 50 in Kontakt. Das jeweilige Trägerelement 14 ist mit dem entsprechenden Lagerbock 44 verbunden, wobei der Motor 50 zwischen den zwei Motorlagern 10 angeordnet ist. Die Anstellung des Polsterelements 16 in der Y/Z-Richtung in Zusammenwirkung damit, dass zwei gegenüber am Motor 50 vorgesehene Motorlager 10 in dieser Ebene entgegengesetzt zueinander angestellt sind führt in vorteilhafter Weise dazu, dass im Rollmode R eine primäre Belastung des Polsterelements auf Schub erfolgt. Die Kraft des Rollmode ist als kreissegmentartiger Pfeil um den Momentanpol M angetragen. Die einwirkende Schubkraft ist symbolisiert mittels Schubpfeil S, der eine Tangente des kreissegmentartigen Pfeils um den Momentanpol M ist. Da das Polsterelement bei einer Rollbewegung primär auf Schub belastet wird, ist es besonders weich - verglichen mit der Belastung desselben Polsterelements auf Zug/Druck.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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In den Rahmen der Erfindung fallen sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder den Figuren offenbarten Merkmalen.
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Zur Vermeidung von Wiederholungen sollen vorrichtungsgemäß offenbarte Merkmale auch als verfahrensgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein. Ebenso sollen verfahrensgemäß offenbarte Merkmale als vorrichtungsgemäß offenbart gelten und beanspruchbar sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Motorlager
- 12
- Lagerteil
- 14
- Trägerelement
- 16
- Polsterelement
- 18
- Lageroberfläche
- 20
- Querachse
- 21
- Hochachse
- 22
- Längsachse
- 24
- Kontaktoberfläche
- 30
- erster Polsterabschnitt
- 30a
- Außenbereich
- 30ar
- seitlicher Außenrand
- 30az
- Zentralverlauf
- 31
- Zentralbereich
- 31 az
- Zentralverlauf
- 32
- zweiter Polsterabschnitt
- 32a
- Außenbereich
- 32ar
- seitlicher Außenrand
- 32az
- Zentralverlauf
- 34
- Abstand
- 36
- Abstand
- 40
- Ausnehmung
- 42
- Polsterquerachse
- 44
- Lagerbock
- 46
- Rollachse
- 48
- Lageranordnung
- 50
- Motor
- 52
- Radius
- 54
- Anbindungsausnehmung
- 56
- Anschlagspolster
- 58
- Projektionsebene
- 72
- Kraftflussweg
- 74
- Einschubfeder
- 76
- Fixierlasche
- B2
- Blickrichtung
- B4
- Blickrichtung
- FLM
- Fahrzeuglängsmittelebene
- M
- Momentanpol
- Q
- Quermittelebene
- R
- Rollmode
- S
- Schubtangente
- W1
- erster Winkel
- W2
- zweiter Winkel
- W3
- dritter Winkel
- W4
- vierter Winkel
- W5
- fünfter Winkel
- W6
- sechster Winkel
- W7
- siebter Winkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 8002252 A1 [0004]
- EP 2159442 B1 [0005]
