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EINLEITUNG
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Die in diesem Abschnitt enthaltenen Informationen dienen dazu, den Kontext der Offenbarung allgemein darzustellen. Arbeiten der vorliegend genannten Erfinder, soweit sie in dieser Einleitung beschrieben sind, sowie Aspekte der Beschreibung, die möglicherweise zum Zeitpunkt der Anmeldung anderweitig nicht als Stand der Technik gelten, werden weder ausdrücklich noch stillschweigend als Stand der Technik gegen diese Offenbarung zugelassen.
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Lagerbuchse mit einem integrierten, isolierten Einsatz für verbesserte Hochfrequenzisolationsleistung. Elektrische Fahrzeugantriebe weisen eine Quellenenergie mit Frequenzen von vorwiegend bis zu 3000 Hz auf. Die Antriebslager und die tragende Struktur müssen eine ausreichende Isolation für diesen erweiterten Frequenzbereich bereitstellen. Oftmals weisen tragende Komponenten der Lageranordnung oder der Antriebseinheit Resonanzen im Frequenzbereich von 300 bis 2000 Hz auf, die einen zusätzlichen Resonanzschwingungsdämpfer (Tuned Vibration Absorber, TVA) erfordern, um diese Resonanzen abzuschwächen, was mit erheblichen zusätzlichen Massen, Kosten und Platzbedarf verbunden ist. Darüber hinaus kann der Motor der Antriebseinheit bei bestimmten Schwingungsordnungen eine Quellenenergie aufweisen, die eine verstärkte Isolation in den Lagern erfordert.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Eine Lagerbuchse umfasst einen äußeren Befestigungsring, der zur Verbindung mit einer Befestigungsstruktur geeignet ist. Im Inneren des äußeren Befestigungsrings ist ein äußerer Isolationsmassenring angeordnet. Eine elastomere Hauptisolationsanordnung ist zwischen dem äußeren Tragring und einem inneren Trageinsatz angeordnet, wobei die elastomere Hauptisolationsanordnung eine Isolationsmasse umfasst, die als ein kranzförmiger Ring ausgebildet ist, der zwischen dem äußeren Tragring und dem inneren Trageinsatz durch Elastomermaterial gehalten ist. Eine elastomere Außenringisolationsschicht ist zwischen dem äußeren Befestigungsring und dem äußeren Tragring angeordnet, wobei die Außenringisolationsschicht durch den äußeren Tragring von der elastomeren Hauptisolationsanordnung isoliert ist. Eine Befestigungsschraube ist durch eine Bohrung in dem inneren Trageinsatz eingeführt.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung ergeben sich aus der detaillierten Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen. Die detaillierte Beschreibung und die spezifischen Beispiele dienen nur der Veranschaulichung und sind nicht dazu bestimmt sind, den Umfang der Offenbarung einzuschränken.
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Figurenliste
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Die vorliegende Offenbarung wird anhand der detaillierten Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich, wobei:
- 1 eine Lagerbuchse gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung in einer radialen Querschnittsansicht zeigt,
- 2 die Lagerbuchse gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung in einer axialen Querschnittsansicht zeigt,
- 3a ein doppeltes Isolationslager mit integriertem Isolationsring gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ohne Halterungseffekt in einer schematischen Veranschaulichung zeigt,
- 3b ein lastentkoppeltes doppeltes Isolationslager mit integriertem Isolationsring gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ohne Halterungseffekt in einer schematischen Veranschaulichung zeigt,
- 4 die dynamische Steifigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz für beispielhafte Lagerbuchsen von 3b gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung im Vergleich zu herkömmlichen Buchsen in einer grafischen Veranschaulichung zeigt und
- 5 eine beispielhafte Antriebseinheit eines Elektrofahrzeugs und eine Befestigungsstruktur zur Verwendung mit der Lagerbuchse gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung in einer schematischen Veranschaulichung zeigt.
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In den Zeichnungen können Bezugszeichen wiederverwendet werden, um ähnliche und/oder identische Elemente zu kennzeichnen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist eine beispielhafte Lagerbuchse 10 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung in einer Längsansicht und einer seitlichen Querschnittsansicht gezeigt. Wie in 5 gezeigt, ist die Lagerbuchse 10 für eine verbesserte Isolation von Hochfrequenzschwingungen in einer Befestigungsstruktur 102 für eine Antriebseinheit 100 eines Elektrofahrzeugs ausgelegt; die Lagerbuchse 10 kann jedoch auch in anderen Anwendungen verwendet werden. Die Lagerbuchse 10 umfasst einen äußeren Befestigungsring 12, der in einer Befestigungsstruktur 102, die geeignet ist, mit einem Elektromotor 100 verbunden zu werden, aufgenommen oder einstückig als Teil derselben ausgebildet ist. Innerhalb des äußeren Befestigungsrings 12 ist ein äußerer Tragring 14 angeordnet. Zwischen dem äußeren Befestigungsring 12 und dem äußeren Tragring 14 ist eine Außenringisolationsschicht 16 angeordnet. Zwischen dem äußeren Tragring 14 und einem inneren Trageinsatz 20 ist eine elastomere Hauptisolationsanordnung 18 angeordnet. Die elastomere Hauptisolationsanordnung 18 umfasst ein Masseelement 17, das von inneren und äußeren Gummi- oder anderen Elastomerteilen 22, 24 gehalten ist, um eine doppelte Isolationsanordnung bereitzustellen, die hierin unter Bezugnahme auf 3 näher beschrieben wird. Eine Befestigungsschraube 26 ist durch den inneren Trageinsatz 20 eingeführt, um den inneren Trageinsatz 20 der Lagerbuchse 10 an einem Rahmen oder Fahrgestell eines Fahrzeugs zu befestigen. Der innere Trageinsatz 20 und der äußere Tragring 14 können einen zylindrischen oder anders geformten Querschnitt aufweisen, z.B. oval, quadratisch, rechteckig oder unregelmäßig.
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Die Länge, die Dicke (allgemeine Form) und die Wahl des Materials der Außenringisolationsschicht 16 und der elastomeren Hauptisolationsanordnung 18 können so gewählt werden, dass eine Lagerresonanz bei einer bestimmten Frequenz bereitgestellt wird, um die gewünschte höherfrequente Schwingungsisolation zu erreichen. Gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung kann die Außenringisolationsschicht 16 eine Dicke zwischen 3 und 8 mm aufweisen und aus Naturkautschuk, hochdämpfendem Naturkautschuk, synthetischem Kautschuk, Silicon oder ähnlichen Elastomeren hergestellt sein, die für schwingungsisolierendes Gummi geeignet sind und mit Hohlräumen oder ohne Hohlräume zwischen dem äußeren Befestigungsring 12 und dem äußeren Tragring 14 geformt sein können.
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Die Lagerbuchse 10 der vorliegenden Offenbarung stellt eine äußere Isolationsschicht und einen äußeren Tragring bereit, die die Hochfrequenzisolation verbessern, die mit Resonanzmoden der tragenden Komponenten, die das Lager halten (Halterungen), und/oder der allgemeinen Erregungsenergie der Antriebseinheit zusammenhängen. Die Lagerbuchse 10 nutzt einen Teil der Masse und der Struktur der Buchse, um einen Massendämpfungseffekt für die Hochfrequenzisolation zu erzeugen, ohne dass eine erhebliche zusätzliche Masse hinzugefügt wird oder zusätzlicher Platzbedarf entsteht. Das Konzept kann mit jeder Art von Buchsenkonstruktion mit geringfügigen Änderungen an den internen Komponenten der Buchse verwendet werden. Die verbesserte Konstruktion der Lagerbuchse 10 stellt einen äußeren Tragring 14 und eine Außenringisolationsschicht 16 zwischen dem äußeren Tragring 14 und dem äußeren Befestigungsring 12 bereit. Der innere Trageinsatz 20 dient als Halterung für die Buchseneinheit 10 an der Befestigungsstruktur (Fahrzeugrahmen oder Fahrgestell). Die Masse der an dem inneren Trageinsatz 20 und dem Außenring 12 angebrachten Komponenten der Buchsenanordnung 10 wirkt als Massendämpfer, der auf eine bestimmte Frequenz abgestimmt ist, um die mit der Erregungsenergie verbundenen Schwingungen zu verringern.
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Unter Bezugnahme auf 3a kann die elastomere Hauptisolationsanordnung 18 eine doppelte Isolationsanordnung sein, wie sie auch in 1 und 2 detailliert gezeigt ist. zeigt ein konkretes Lager, das ansonsten dreidimensional ist und diese Merkmale in drei orthogonalen Richtungen aufweist, in einer vereinfachten eindimensionalen Darstellung. Bei den Federn und Dämpfern handelt es sich um diskrete Parameter der physikalischen Komponenten des Lagers, um sie mathematisch zu charakterisieren. Eine einzelne Feder oder ein einzelner Dämpfer kann die Funktion mehrerer physikalischer Komponenten des Lagers darstellen, die einzeln oder in Kombination wirken. Die Massen können mehrere Komponenten darstellen. Insbesondere werden bei der in 3a gezeigten doppelten Isolationsanordnung 18 äußere Kräfte (Fexc), die auf die Masse (m1) der von der Lagerbuchse 10 (als Teil eines Befestigungssystems mit mehreren Buchsen) gehaltenen Antriebseinheit einwirken, durch das äußere Isolationsfeder- und -dämpferelement k33, c33 und durch ein Paar von Feder- und Dämpferelementen k1, c1 bzw. k2, c2, jeweils in Form eines elastomeren Materials, wie z.B. Gummi, und ein dazwischenliegendes Masseelement 17 auf den inneren Trageinsatz 20 übertragen. Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung weist die Außenringisolationsschicht 16 (k33, c33) eine Dicke zwischen 3 und 8 mm auf und ist dazu ausgelegt, eine Hochfrequenzschwingungsisolation zwischen dem äußeren Befestigungsring 12 und dem inneren Trageinsatz 20 zu gewährleisten. Die Außenringisolationsschicht 16 kann aus Gummi oder einem anderen elastomeren Material gebildet sein. Die Außenringisolationsschicht 16 ist durch den äußeren Tragring 14 von der elastomeren Hauptisolationsanordnung 18 isoliert. Bei diesem Beispiel ist die dynamische Wirkung der strukturellen Masse und Dämpfung der Halterung nicht berücksichtigt.
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Unter Bezugnahme auf 3b kann die elastomere Hauptisolationsanordnung 18' eine lastentkoppelte doppelte Isolationsanordnung sein. Es versteht sich außerdem, dass die elastomere Hauptisolationsanordnung 18' eine einzelne Isolationsanordnung oder eine andere bekannte Art von Isolationsanordnung sein kann. zeigt eine Motorhalterung 102 und eine Buchsenanordnung 10, die ansonsten dreidimensional ist und diese Merkmale in drei orthogonalen Richtungen aufweist, in einer vereinfachten eindimensionalen Darstellung. Bei den Federn und Dämpfern handelt es sich um diskrete Parameter der physikalischen Komponenten des Lagers, um sie mathematisch zu charakterisieren. Eine einzelne Feder oder ein einzelner Dämpfer kann die Funktion mehrerer physikalischer Komponenten des Lagers darstellen, die einzeln oder in Kombination wirken. Die Massen können mehrere Komponenten darstellen. Insbesondere werden bei der in 3b gezeigten lastentkoppelten doppelten Isolationsanordnung 18' äußere Kräfte (Fexc), die auf die Masse (m1) der von der aus Metall, Nylon oder Verbundwerkstoff bestehenden Halterung 102 mit einer Masse (mbrkt) und systembedingten Kenndaten der Federn und Dämpfer kb, cb und der Lagerbuchse 10 (als Teil eines Befestigungssystems mit mehreren Halterungen und Lagerbuchsen) gehaltenen Antriebseinheit 100 einwirken, durch das äußere Isolationsfeder- und Isolationsdämpferelement k33, c33 und sowohl durch eine Einzelfeder- und -dämpferanordnung k, c als auch durch ein Paar von Feder- und Dämpferelementen k1, c1 bzw. k2, c2, jeweils in Form eines elastomeren Materials, wie z.B. Gummi, und ein dazwischenliegendes Masseelement 17 auf den inneren Trageinsatz 20 übertragen. Gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung weist die Außenringisolationsschicht 16 (k33, c33) eine Dicke zwischen 3 und 8 mm auf und ist dazu ausgelegt, die strukturelle Dynamik der Halterung 102 abzuschwächen und eine Hochfrequenzschwingungsisolation zwischen der elektrischen Antriebseinheit 100 und dem inneren Trageinsatz 20 bereitzustellen. Die Außenringisolationsschicht 16 kann aus Gummi oder einem anderen elastomeren Material gebildet sein. Die Außenringisolationsschicht 16 ist durch den äußeren Tragring 14 von der elastomeren Hauptisolationsanordnung 18' isoliert.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist ein Diagramm der dynamischen Steifigkeit in Abhängigkeit von der Frequenz gezeigt, das die verbesserte dynamische Steifigkeit bei hohen Frequenzen des in 3b gezeigten Isolationssystems, das den integrierten äußeren Tragring 14 und die Außenringisolationsschicht 16 umfasst, veranschaulicht. Insbesondere stellt die horizontale gestrichelte Linie eine Zielgröße für die dynamische Steifigkeit des Buchsenhalterungssystems dar. Die strichpunktierte Linie stellt eine lastentkoppelte doppelte Grundisolationsanordnung ohne den äußeren Tragring 14 und die Außenringisolationsschicht 16 dar und zeigt die dynamische Steifigkeit, die das Zielsteifigkeitsniveau im Frequenzbereich 1200-1400 Hz überschreitet. Die durchgezogene Linie in 4 stellt die lastentkoppelte doppelte Isolationsanordnung mit dem integrierten äußeren Tragring 14 und der Außenringisolationsschicht 16 dar, wie in 3b dargestellt, um eine verbesserte dynamische Steifigkeit bei hohen Frequenzen innerhalb des Bemessungszielbereichs bereitzustellen. Bei diesem Beispiel zeigen der integrierte äußere Tragring 14 und die Außenringisolationsschicht 16 der vorliegenden Offenbarung in den Frequenzbereichen von 1200 bis 1400 Hz eine geringere dynamische Steifigkeit als die lastentkoppelte doppelte Isolationsanordnung allein.
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Die obige Beschreibung hat lediglich einen veranschaulichenden Charakter und soll in keiner Weise die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch einschränken. Die umfassenden Lehren der Offenbarung können in einer ganzen Reihe von Formen umgesetzt werden. Obwohl diese Offenbarung bestimmte Beispiele umfasst, sollte der wahre Umfang der Offenbarung daher nicht auf dieselben beschränkt werden, da andere Änderungen nach dem Studieren der Zeichnungen, der Patentspezifikation und der folgenden Ansprüche deutlich werden. Es versteht sich, dass ein oder mehrere Schritte innerhalb eines Verfahrens in unterschiedlicher Reihenfolge (oder gleichzeitig) ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Auch wenn die Ausgestaltungen oben jeweils als mit bestimmten Merkmalen versehen beschrieben sind, können ferner jedes einzelne oder mehrere dieser Merkmale, die in Bezug auf eine Ausgestaltung der Offenbarung beschrieben sind, mit Merkmalen jeder der anderen Ausgestaltungen umgesetzt und/oder mit denselben kombiniert werden, selbst wenn diese Kombination nicht ausdrücklich beschrieben ist. Mit anderen Worten schließen sich die beschriebenen Ausgestaltungen nicht gegenseitig aus, und ein Austausch einer oder mehrerer Ausgestaltungen untereinander bleibt im Rahmen dieser Offenbarung.
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Räumliche und funktionale Beziehungen zwischen Elementen (z.B. zwischen Modulen, Schaltungselementen, Halbleiterschichten usw.) werden mit verschiedenen Begriffen beschrieben, darunter „verbunden“, „in Eingriff stehend“, „gekoppelt“, „benachbart“, „neben“, „oben auf“, „über“, „unter“ und „angeordnet“. Wird eine Beziehung zwischen ersten und zweiten Elementen in der obigen Offenbarung nicht ausdrücklich als „direkt“ beschrieben, kann diese Beziehung eine direkte Beziehung sein, bei der keine anderen dazwischenliegenden Elemente zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind, aber auch eine indirekte Beziehung, bei der ein oder mehrere dazwischenliegende Elemente (entweder räumlich oder funktionell) zwischen den ersten und zweiten Elementen vorhanden sind. Wie hierin verwendet, sollte der Ausdruck „A, B und/oder C“ unter Verwendung einer nicht-exklusiven logischen ODER-Verknüpfung als logisch (A ODER-verknüpft mit B ODER-verknüpft mit C) ausgelegt werden und nicht als „wenigstens eines von A, wenigstens eines von B und wenigstens eines von C“ verstanden werden.
