DE102021114994A1

DE102021114994A1 - Lageranordnung zur Lagerung eines Aggregats eines Kraftfahrzeugs an einer Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102021114994A1
Application number: DE102021114994.0A
Authority: DE
Inventors: Frank Albertz; Ulrich Theuersbacher; Peter Genender
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2022-12-15
Also published as: CN116867985A; US20240175478A1; WO2022258390A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung zur Lagerung eines Aggregats eines Kraftfahrzeugs. Die Lageranordnung umfasst mindestens zwei erste Lager, die jeweils eine Leitung und ein Anbindungselement aufweisen. Die Leitungen sind jeweils an einem Leitungsanbindungspunkt an dem Aggregat angebunden. Mittels der Anbindungselemente sind die Leitungen an einer Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs fixiert. Die ersten Lager weisen jeweils eine derartige Lagersteifigkeit auf, dass sich Kräfte gegenseitig aufheben, die durch Rotation des Aggregats verursacht sind und über die ersten Lager in die Strukturkomponente des Fahrzeugs eingebracht werden.

Description

Die Erfindung betrifft eine Lageranordnung bzw. ein Aggregat-Lager zur Lagerung eines Aggregats eines Kraftfahrzeugs an einer Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs.
Lageranordnungen zur Lagerung eines Aggregats eines Kraftfahrzeugs an einer Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs sind in unterschiedlichen Ausführungsformen aus dem Stand der Technik bekannt.
Die DE 10 2018 131 998 A1 beschreibt eine Aggregat-Befestigungseinrichtung zum schwingfähigen Festlegen von Aggregaten an einer Fahrzeug-Karosserie. Die Aggregat-Befestigungseinrichtung umfasst ein erstes Lagerteil, ein zweites Lagerteil und ein elastisches, Schwingungen dämpfendes Element. Mittels des elastischen, Schwingungen dämpfenden Elements werden Kräfte, welche über die Aggregat-Befestigungseinrichtung in die Fahrzeug-Karosserie eingebracht werden, reduziert. Eine Dämpfungswirkung des Schwingungen dämpfenden Elements ist hierbei desto besser, je weicher bzw. elastisch verformbarer das Schwingungen dämpfenden Element ausgestaltet ist.
Ferner sind aus dem Stand der Technik Fixierungsvorrichtungen zur Fixierung von Leitungen, über welche dem Aggregat Fluide zugeführt werden bzw. von diesem abgeführt werden, bekannt.
Die DE 200 20 829 U1 beschreibt einen Aggregatsträger zur Lagerung eines Aggregats, welcher Aufnahmen für eine Leitung eines Aggregats umfasst. Zur Fixierung der Leitungen an dem Aggregatsträger werden die Leitungen jeweils mittels eines Fixierelements gegen den Aggregatsträger gedrückt.
Sowohl bei den bekannten Lageranordnungen zur Lagerung eines Aggregats an einer Strukturkomponente eines Kraftfahrzeugs als auch bei den bekannten Fixiervorrichtungen zur Fixierung einer Leitung an einer Strukturkomponente eines Kraftfahrzeugs werden Kräfte, die durch rotatorische Bewegung des Aggregats verursacht sind, über die Lageranordnungen bzw. die Fixiervorrichtungen in die Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs eingebracht. Diese Kräfte verursachen Schwingungen in der Strukturkomponente. Die Schwingungen der Strukturkomponente haben wiederum ein schlechtes Akustikverhalten der Strukturkomponente bzw. störende Geräusche zur Folge.
Ausgehend von der DE 200 20 829 U1 ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lageranordnung bereitzustellen, welche ein Aggregat und Leitungen zum Zu- und Abführen von Fluiden sicher lagert bzw. fixiert und gleichzeitig Auswirkungen einer Rotationsbewegung des Aggregats auf das Akustikverhalten der Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs optimiert bzw. minimiert.
Diese Aufgabe wird durch die Lageranordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird also eine Lageranordnung zur Lagerung eines Aggregats eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines elektrischen Kältemittelverdichters bzw. Klimakompressors an einer Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs bereitgestellt, die mindestens zwei erste Lager umfasst. Die ersten Lager weisen jeweils eine Leitung bzw. einen Schlauch sowie ein starres Anbindungselement auf. Die Leitungen umfassen jeweils an einem Ende einen Leitungsanbindungspunkt, an welchem die Leitungen an dem Aggregat angebunden bzw. mit dem Aggregat verbunden sind. Die Anbindungselemente fixieren die Leitungen an der Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs. Die ersten Lager weisen jeweils eine derartige Lagersteifigkeit aufweisen, dass sich Kräfte gegenseitig aufheben, die durch Rotation des Aggregats verursacht sind und über die ersten Lager in die Strukturkomponente des Fahrzeugs eingebracht werden.
Bei der erfindungsgemäßen Lageanordnung sind die Leitungen zum Zu- und Abführen eines Fluids also selbst Bestandteil der das Aggregat lagernden Lageranordnung. Zur Fixierung der Leitungen an der Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs bedarf es mithin keiner zusätzlichen Fixiervorrichtung. Somit wird eine Anzahl an Bereichen, in welchen durch die Rotation des Aggregats verursachte Kräfte in die Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs eingebracht werden, reduziert.
Des Weiteren heben sich die in die Strukturkomponente eingeleiteten Kräfte dadurch, dass die ersten Lager derart ausgestaltet sind, dass diese eine bezüglich eines Schwerpunktes des Aggregats symmetrisch wirkende Lagersteifigkeit aufweisen, zumindest weitgehend gegenseitig auf.
Folglich sind mittels der erfindungsgemäßen Lageranordnung das Aggregat und die Leitungen sicher an der Strukturkomponente lagerbar bzw. fixierbar, wobei gleichzeitig Auswirkungen einer Rotationsbewegung des Aggregats auf die Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs minimiert sind und mithin das Akustikverhalten der Strukturkomponente optimiert ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lager Einordnung nach der Erfindung weisen die ersten Lager eine bezüglich eines Schwerpunkts, insbesondere eines Massenschwerpunkts bzw. Massenmittelpunkts des Aggregats symmetrisch wirkende Lagersteifigkeit auf
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Lager Einordnung nach der Erfindung weisen die ersten Lager eine bezüglich des Schwerpunkts des Aggregats symmetrisch wirkende Rotationssteifigkeit um eine sich in Richtung des Schwerpunkts des Aggregats erstreckende Rotationsachse auf.
Die Steifigkeit der ersten Lager ist beispielsweise durch die Materialsteifigkeit und die Geometrie des Anbindungselements und die Materialsteifigkeit und die Geometrie der Leitung definiert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lageranordnung nach der Erfindung sind die Leitungen Formschläuche, d.h. die Leitungen sind derartig vorgeformt, dass diese eine gebogene bzw. gekrümmten Verlauf bzw. Teilbereich aufweisen.
Die Leitungen umfassen beispielsweise einen U-förmigen Teilbereich.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Lageranordnung nach der Erfindung weisen die Leitungen jeweils eine derartige Steifigkeit, insbesondere Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit auf, dass sich Schwingungen der Strukturkomponente gegenseitig aufheben, die aus Kräften resultieren, die durch rotatorische Bewegung des Aggregats verursacht sind und über die Lager in die Strukturkomponente des Fahrzeugs eingebracht werden. Dies reduziert die Auswirkungen einer Rotationsbewegung des Aggregats auf das Akustikverhalten der Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs weiter.
Die Leitungsanbindungspunkte können in Bezug auf den Schwerpunkt des Aggregats zueinander symmetrisch angeordnet sein, d.h. den gleichen Abstand zum Aggregat aufweisen. Auf diese Weise können zwei gleiche erste Lager verwendet werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Lageranordnung nach der Erfindung zwei zweite Lager. Die Mittelpunkte der Leitungsanbindungspunkte der zwei ersten Lager und elastische Zentren bzw. Flächenschwerpunkte der zwei zweiten Lager spannen eine ebene bzw. zweidimensionale Fläche auf, in welcher der Schwerpunkt des Aggregats angeordnet ist.
Unter dem Begriff „elastisches Zentrum“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Punkt eines Körpers zu verstehen, in welchem sich die elastischen Lagerungsachsen des Körpers zumindest näherungsweise schneiden.
Die aufgespannte zweidimensionale Fläche kann mindestens zwei Symmetrieachsen umfassen. Die beiden Symmetrieachsen können orthogonal zueinander verlaufen und sich in dem Schwerpunkt des Aggregats schneiden. Die ersten Lager und die zweiten Lager können jeweils zueinander symmetrisch ausgebildet sein und jeweils die gleiche Lagersteifigkeit aufweisen. Somit bedarf es nur zweier Lagerarten, nämlich einer Art erster Lager und einer Art zweiter Lager.
Die aufgespannte zweidimensionale Fläche ist beispielsweise ein Rechteck, ein Quadrat oder eine Raute.
Die zweiten Lager können Buchsenlager sein.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Lageranordnung nach der Erfindung sind die Anbindungselemente der ersten Lager an derselben Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs anbindbar. Insbesondere sind die Anbindungselemente der ersten Lager an demselben Teilbereich der Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs anbindbar. Somit ist eine akustische Übertragungsfunktion bzw. Strukturkomponentenempfindlichkeit an den Anbindungspunkten der Lagerpunkte an der Strukturkomponenten gleich bzw. zumindest ähnlich, wodurch ein Kompensationseffekt der Schwingungen der Strukturkomponente sichergestellt ist.
Auch können die zweiten Lager an derselben Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs, insbesondere demselben Teilbereich dieser anbindbar sein. Die Strukturkomponentenempfindlichkeit der Anbindungspunkte der zweiten Lager an der Strukturkomponente ist somit gleich. Hierdurch ist der Kompensationseffekt der Schwingungen der Strukturkomponente sichergestellt.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Lageranordnung nach der Erfindung sind die ersten Lager und die zweiten Lager an derselben steifen Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs anbindbar. Dies erhöht den Schwingungs-Kompensationseffekt weiter.
Die Anbindungselemente der ersten Lager und/oder die zweiten Lager können über eine starre Trägerstruktur an der Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs angebunden sein. Somit ist die Lageranordnung auf einfache Weise an Bauraumgegebenheiten anpassbar.
Die Trägerstruktur kann eine der Strukturkomponenten entsprechende Steifigkeit aufweisen.
Die Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs kann ein Längsträger sein. Der Längsträger kann ein Hohlprofil aufweisen. Auch kann der Längsträger ein O-förmiges, rechteckiges oder U-förmiges Profil haben.
Die Leitung kann ein Elastomer umfassen. Somit ist die Leitung elastisch verformbar, wodurch die Geometrie der Leitung reversibel veränderbar ist und die Steifigkeit des betreffenden ersten Lagers durch Veränderung der Geometrie der Leitung anpassbar bzw. änderbar ist.
Auch kann die Leitung ein Faser-Kunststoff-Verbund sein, d.h. Verstärkungsfasern und eine Kunststoffmatrix umfassen. Die Kunststoffmatrix umgibt die Fasern, welche durch adhäsive Wechselwirkungen an die Kunststoffmatrix gebunden sind. Durch die Verstärkungsfasern weisen die Leitungen eine hohe dynamische Belastbarkeit auf und sind zudem alterungs- und korrosionsbeständig.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

1 eine schematische Vorderansicht einer erfindungsgemäßen Lageranordnung, die an einem Längsträger eines Kraftfahrzeugs ein Aggregat des Kraftfahrzeugs lagert; und
2 eine schematische Seitenansicht der in 1 dargestellten Lageranordnung.

In 1 ist eine Lageranordnung dargestellt, welche ein Aggregat 8 an einem starren Längsträger 14 eines Kraftfahrzeugs lagert. Die Lageranordnung umfasst zwei erste Lager 2. Die zwei ersten Lager 2 weisen jeweils eine Leitung 4 und ein starres Anbindungselement 6 auf.
Bei dem Aggregat 8 handelt es sich um einen elektrischen Kältemittelverdichter bzw. einen Klimakompressor.
Die starren Anbindungselemente 6 fixieren jeweils eine betreffende der Leitungen 4 an einer starren Trägerstruktur 12, welche wiederum an dem starren Längsträger 14 fixiert ist. Der starre Längsträger 14 hat ein rechteckiges Hohlprofil. Es ist auch denkbar, dass der Längsträger 14 ein U-Profil aufweist.
Die Leitungen 4 bestehen aus faserverstärktem Elastomer mit einer definierten Steifigkeit. Durch geometrisches Verformen bzw. die geometrische Anordnung der Leitungen 4 wird die Steifigkeit der ersten Lager 2 erhöht. Hierzu werden die Leitungen 4 derart gebogen, dass diese eine halbkreisförmigen bzw. U-förmigen Teilbereich aufweisen. Die Leitungen 4 weisen eine gleiche geometrische Ausgestaltung, insbesondere Biegung auf und sind aus dem gleichen Material hergestellt. Die Leitungen sind somit gleich steif.
Die Leitungen 4 sind jeweils an einem Leitungsanbindungspunkt 10 mit dem Aggregat 8 derart verbunden, dass diese das Aggregat 8 mit einem Fluid versorgen und ein Fluid von dem Aggregat 8 abführen können. Die Leitungsanbindungspunkte 10 sind relativ zu einem Schwerpunkt des Aggregats 10 symmetrisch angeordnet. Durch eine derartige symmetrische Anordnung und dadurch, dass die ersten Lager 2 die gleiche Steifigkeit aufweisen, interferieren Schwingungen, die durch Kräfte verursacht werden, die durch rotatorische Bewegung des Aggregats 8 entstehen und über die beiden ersten Lager 2 in die Trägerstruktur 12 eingebracht werden, derart miteinander, dass sich die Schwingungen der Trägerstruktur 12 aufheben bzw. ausgleichen. Die Entstehung von Vibrationen bzw. störender Geräusche wird somit verhindert oder zumindest minimiert.
Wie aus 2 ersichtlich ist, umfasst die Lageranordnung ferner zwei zweite Lager 16. Bei den zweiten Lagern 16 handelt es sich um Buchsenlager. Die zweiten Lager 16 sind jeweils über einen Vorsprung 20 bzw. ein Auflageelement des Aggregats 8 mit dem Aggregat 8 verbunden.
Die zwei zweiten Lager 16 weisen jeweils ein elastisches Zentrum 18 auf. Die zweiten Lager 16 sind derart an der Trägerstruktur 12 angeordnet, dass das elastische Zentrum 18 der beiden zweiten Lager 16 zusammen mit einem Mittelpunkt der Leitungsanbindungspunkte 10 der zwei ersten Lager 2 eine zweidimensionale ebene Fläche aufspannen, in welcher der Schwerpunkt des Aggregats 8 angeordnet ist, wenn das Aggregat 8 mittels der Lageranordnung an dem Längsträger 14 gelagert ist.
Die aufgespannte zweidimensionale Fläche umfasst eine in 2 dargestellte erste Symmetrieachse 22 und eine zweite Symmetrieachse 24 (siehe 1). Die erste Symmetrieachse 22 und die zweite Symmetrieachse 24 verlaufen orthogonal zueinander und schneiden sich in dem Schwerpunkt des Aggregats 8. Die aufgespannte zweidimensionale Fläche ist ein Rechteck.
Die ersten Lager 2 sind bezogen auf die erste Symmetrieachse 22 achsen- bzw. spiegelsymmetrisch ausgebildet. Die zweiten Lager 16 sind achsensymmetrisch bezüglich der zweiten Symmetrieachse 24. Wie die ersten Lager 2 haben auch die zweiten Lager 16 eine gleiche Steifigkeit.
Durch die symmetrische Anordnung der ersten Lager 2 und der zweiten Lager 16 und dadurch, dass die ersten Lager 2 und die zweiten Lager 16 jeweils gleich steif sind, interferieren die Schwingungen des Längsträgers 14, die durch die über die ersten Lager 2 in den Längsträger 14 eingebrachten Kräfte verursacht werden, und die Schwingungen des Längsträgers 14, die aus den durch die zweiten Lager 16 in den Längsträger 14 eingebrachten Kräfte resultieren, jeweils derart miteinander, dass sich die Schwingungen gegenseitig ausgleichen bzw. aufheben. Somit verhindern bzw. minimieren auch die zweiten Lager 16 die Entstehung störender Geräusche und erhöhen gleichzeitig eine Tragfähigkeit und Sicherheit der Lageranordnung.
Bezugszeichenliste

2: erstes Lager
4: Leitung
6: Anbindungselement
8: Aggregat
10: Leitungsanbindungspunkt
12: Trägerstruktur
14: Längsträger
16: zweites Lager
18: elastisches Zentrum
20: Vorsprung des Aggregats
22: erste Symmetrieachse
24: zweite Symmetrieachse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018131998 A1 [0003]
DE 20020829 U1 [0005, 0007]

Claims

Lageranordnung zur Lagerung eines Aggregats (8) eines Kraftfahrzeugs an einer Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs, umfassend zwei erste Lager (2), dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lager (2) jeweils eine Leitung (4) und ein Anbindungselement (6) umfassen, wobei die Leitung (4) an einem Ende an einem Leitungsanbindungspunkt (10) an dem Aggregat (8) anbindbar ist und mittels des Anbindungselements (6) an der Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs fixierbar ist, wobei die ersten Lager (2) jeweils eine derartige Lagersteifigkeit aufweisen, dass sich Kräfte gegenseitig aufheben, die durch Rotation des Aggregats (8) verursacht sind und über die ersten Lager (2) in die Strukturkomponente des Fahrzeugs eingebracht werden.
Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lager (2) jeweils eine bezüglich eines Schwerpunkts des Aggregats (8) symmetrisch wirkende Lagersteifigkeit aufweisen.
Lageranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lager (2) eine bezüglich des Schwerpunkts des Aggregats (8) symmetrisch wirkende Rotationssteifigkeit um eine sich in Richtung des Schwerpunkts des Aggregats (8) erstreckende Rotationsachse aufweisen.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der ersten Lager (2) durch eine Materialsteifigkeit des Anbindungselements (6) einer Geometrie des Anbindungselements (6), einer Materialsteifigkeit der Leitung (4) sowie einer Geometrie der Leitung (4) definiert ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungen (4) jeweils eine derartige Steifigkeit aufweisen, dass sich Kräfte gegenseitig aufheben, die von dem Aggregat (8) über die Leitung (4) und die Anbindungselemente (6) in die Strukturkomponente des Fahrzeugs eingebrachte werden und durch eine rotatorische Bewegung des Aggregats (8) verursacht sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsanbindungspunkte (10) in Bezug auf den Schwerpunkt des Aggregats (8) zueinander symmetrisch angeordnet sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zwei zweite Lager (16), wobei die Mittelpunkte der Leitungsanbindungspunkte (10) der zwei ersten Lager (2) und ein elastisches Zentrum (18) der zwei zweiten Lager (16) eine zweidimensionale Fläche aufspannen, in der der Schwerpunkt des Aggregats (8) angeordnet ist.
Lageranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgespannte zweidimensionale Fläche mindestens zwei Symmetrieachsen (22, 24) umfasst, die orthogonal zueinander verlaufen und sich in dem Schwerpunkt des Aggregats (8) schneiden, wobei die ersten Lager (2) und die zweiten Lager (16) jeweils zueinander symmetrisch sind und eine gleiche Lagersteifigkeit aufweisen.
Lageranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die aufgespannte zweidimensionale Fläche ein Rechteck, ein Quadrat, eine Raute oder ein Vieleck mit einer geraden Anzahl an Ecken ist.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lager (2) und/oder die zweiten Lager (16) an derselben steifen Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs anbindbar sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Lager (2) und/oder die zweiten Lager (16) über eine Trägerstruktur (12) an der Strukturkomponente des Kraftfahrzeugs anbindbar sind.
Lageranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Lager (16) Buchsenlager sind.