DE10224701A1

DE10224701A1 - Steifigkeitsschaltbares, hydraulisches Gummilager

Info

Publication number: DE10224701A1
Application number: DE2002124701
Authority: DE
Inventors: Bernhard Uhrmeister
Original assignee: ContiTech Vibration Control GmbH
Current assignee: ContiTech Vibration Control GmbH
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2003-12-18

Abstract

Außer einem gummi-elastischen Federelement (4) weist ein hydraulisches Gummilager (2) ein Gehäuse (8) auf, dessen Volumen (10) durch mindestens eine Trennplatte (12, ...) und mindestens eine Ausgleichsmembran (14, ...) in mindestens drei Teilräume (10a, 10b, 10c, ...) unterteilt ist, wovon mindestens ein Teilraum (10a und/oder 10a') eine Arbeitskammer und wovon mindestens ein weiterer Teilraum (10b und/oder 30) eine Ausgleichskammer bildet. DOLLAR A Um eine stufenlose Schaltbarkeit der Federsteifigkeit auch bei einer nichtdämpfenden Version zu realisieren, ist mindestens einer der Teilräume (10a, 10b, 10c, ...) teils mit Luft (18) teils mit Hydraulikflüssigkeit (16a) gefüllt, wobei das Luftvolumen veränderbar ist. Vorzugsweise ist die Arbeitskammer (10a bzw. 10a') mit der Ausgleichskammer (10b) über eine Hydraulikpumpe (22) verbunden. DOLLAR A Insbesondere zur Verwendung als Motorlager in einem Kraftfahrzeug.

Description

Anwendungsgebiet

Die Erfindung geht aus von einem steifigkeitsschaltbaren, hydraulischen Gummilager mit den im Oberbegriff des Hauptanspruchs aufgezählten Merkmalen. Solche Lager können zur Abstützung von Hubkolbenmotoren in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden.

Stand der Technik

Bekannt und seit langem eingesetzt werden hydraulisch gedämpfte Lager, die eine Gummifeder als Steifigkeit und eine Arbeitskammer und Ausgleichskammer aufweisende Hydraulikeinheit zur Bedämpfung von Schwingungen enthalten. Die Steifigkeit im niederfrequenten Bereich wird hauptsächlich durch die Gummisteifigkeit bestimmt. Im hochfrequenten Bereich wird die Steifigkeit durch die Gummisteifigkeit und die Blähsteifigkeit in Verbindung mit dem hydraulischen Durchmesser des Lagers bestimmt. Für kleine Amplituden sorgt eine Lose (Drosselmembran mit Freiweg) in einer zwischen Arbeitskammer und Ausgleichskammer befindlichen, mit Drosselöffnung versehenen Trennplatte dafür, dass der Hydraulikteil des Lagers unwirksam ist. Die unterhalb der Ausgleichsmembran befindliche Kammer ist bei bekannten Gummilagern mit der Umgebung über eine Entlüftungsbohrung verbunden. Diese dient dazu, eine Versteifung des Lagers durch die beim Einfedern des Lagers komprimierte Luft zu vermeiden.

Das unrunde Laufverhalten eines Verbrennungsmotors nimmt mit abnehmender Drehzahl zu. Autohersteller sind bestrebt, aufgrund von Kraftstoffeinsparungen die Leerlaufdrehzahl möglichst niedrig einzustellen. Die aufgrund des unrunden Motorlaufs entstehenden Vibrationen des Motors werden auf die Karosserie übertragen und verschlechtern den Komfort.

Schaltbare Motorlager schalten im Leerlauf auf eine niedrige Lagersteifigkeit und verbessern somit die Isolationswirkung des Lagers.

Das in der DE 198 12 837 C2 beschriebene, schaltbare und dämpfende Gummilager weist zusätzlich zu den allgemein bekannten Bauelementen ein weiteres gummielastisches Federelement auf, das zu dem üblichen Federelement in Serie angeordnet ist und über einen mittels Magnetventil be- und/oder entlüftbaren Zwischenraum auf "hart" oder auf "weich" geschaltet werden kann.

Abgesehen von den zusätzlichen, für die Be- und Entlüftung erforderlichen Maßnahmen (Magnetventil usw.) stellt der konstruktive Aufwand ungefähr eine Verdoppelung des mit einfachen herkömmlichen dämpfenden hydraulischen Gummilagern gegebenen Aufwands dar.

Aufgabe der Erfindung

Die Aufgabe der Erfindung besteht nicht hauptsächlich darin, die Lager-Steifigkeit im Leerlauf zu verringern. Die Aufgabe der Erfindung besteht vielmehr darin, dass die Lager- Steifigkeit stufenlos erhöht werden kann.

Lösung und Vorteile

Die grundsätzliche Lösung ist mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gegeben. Durch mehr oder weniger starkes Umpumpen der Luft von einer Ausgleichskammer in eine Arbeitskammer und umgekehrt, wird ein in der Arbeitskammer verbleibendes Luftvolumen verkleinert bzw. vergrößert. Damit kann die Federsteifigkeit und demzufolge die Eigenfrequenz des Masse/Feder-Systems kontinuierlich (stufenlos) variiert werden.

Der Wunsch des Kunden, die Steifigkeit des Lagers "per Software" einzustellen, kann auf diese Weise befriedigt werden. Wählt man für den Gummitragkörper eine recht geringe Steifigkeit aus, so kann erfindungsgemäß ein großer Steifigkeitsbereich abgedeckt werden.

Ist die zwischen Arbeits- und Ausgleichskammer eingerichtete Verbindung nach Abschluss des jeweiligen Pumpvorganges vernachlässigbar, wird keine weitere Hilfsenergie zur Aufrechterhaltung des Ist-Zustands mehr benötigt.

Wie aus einer in Unteransprüchen dargestellten Weiterentwicklung ersichtlich, ist die erfindungsgemäße Schaltbarkeit nicht auf ungedämpfte Lager beschränkt.

Zu diesem Zweck wird das Gummilager ergänzt um einen weiteren Hydraulikteil, der z. B. unterhalb des Lagers angebracht werden kann. Der zusätzliche Raum wird über eine weitere Rollmembran abgeschlossen und dient als Vorratsbehälter für Luft und für eine inkompressible Flüssigkeit. Die Luft kann über eine mit Ventil versehene Pumpe in die unterhalb der Ausgleichsmembran befindliche Kammer und auch in die entgegengesetzte Richtung gepumpt werden. Gleichzeitig strömt Hydraulikflüssigkeit über ein Hydraulik- Ventil in entgegengesetzte Richtung. Nach dem Pumpvorgang müssen die beiden Ventile, die die beiden Kammern miteinander verbinden, geschlossen werden. Der unterhalb der Ausgleichsmembran befindliche Raum ist teils mit komprimierter Luft, teils mit Fluid gefüllt. Auch hier bewirkt eine Komprimierung der Luftfüllung in der unterhalb der Ausgleichsmembran befindlichen Kammer eine Versteifung des Lagers.

D. h.: Je geringer die Luftmenge und je höher der Druck (und je größer die Fluidmenge) in der unterhalb der Ausgleichsmembran befindlichen Kammer, desto steifer wird das Lager. Man kann also über die in die unterhalb der Ausgleichsmembran befindliche Kammer hineingepumpte Luft die Gesamtsteifigkeit des Lagers stufenlos verändern.

Dadurch, dass die Steifigkeit stufenlos veränderbar ist, kann das Lager auch in Verbindung mit einer Regeleinrichtung betrieben werden.

Vorzugsweise misst diese Regeleinrichtung die Schwingungen an komfortrelevanten Stellen des Fahrzeugs (z. B. Sitzschiene, Lenkrad, Fahrerfußraum). Dabei wird die Lagersteifigkeit so eingestellt, dass der Komfort maximal wird. Erfahrungen haben gezeigt, das der beste Komfort keinesfalls mit sehr niedriger Steifigkeit einstellbar ist.

Wird auf eine Regelung verzichtet, so kann eine Steuerung die für den jeweiligen Fahrzustand optimale Steifigkeit anhand eines Lagersteifigkeitskennfeldes einstellen. Insgesamt ergeben sich folgende Vorteile:

- Anwendbar auf Hydrolager und konventionelle Lager;
- Stufenlos veränderbare Lagersteifigkeit;
- Adaptive Regelung oder Steuerung mit Kennfeld möglich;
- Elektronische Ansteuerung;
- Kompakter Aufbau.

Zeichnungen

Zwei Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 den Längsschnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Lagers, und
Fig. 2 den Längsschnitt durch ein zweites Ausführungsbeispiel.

Beschreibung

Das in der Fig. 1 dargestellte Gummilager (Motorlager) 2 weist ein gummielastisches, rotationssymmetrisches Federelement 4 auf. Dieses Federelement 4 ist einerseits axial mit einem ersten Anschlussteil 6a und andererseits mit der zylindrischen Wandung 8a eines topfförmigen Gehäuses 8 verbunden. An den Boden 8b des topfförmigen Gehäuses 8 ist ein zweites Anschlussteil 6b montiert. Federelement 4 und topfförmiges Gehäuse 8 umschließen ein Volumen 10, dass durch eine drucksteife Trennplatte 12 und durch eine flexible Membran 14 in drei Teilräume 10a, 10b, 10c unterteilt ist. Die zwischen Federelement 4 und Trennplatte 12 befindliche Arbeitskammer 10a ist teils mit Hydraulikflüssigkeit 16a, teils mit Luft 18 gefüllt.
Die zwischen Trennplatte 12 und Ausgleichsmembran 14 befindliche Ausgleichskammer 10b ist ebenfalls teils mit Hydraulikflüssigkeit 16b teils mit Luft 18 gefüllt. Und der zwischen Ausgleichsmembran 14 und Lagerboden 8b befindliche Raum 10c ist gänzlich mit Luft gefüllt und über eine Ausgleichsöffnung 20 mit der Umgebung verbunden. Erfindungswesentlich ist, dass die Arbeitskammer 10a mit der Ausgleichskammer 10b nicht - wie üblich - über einen Drosselkanal in Verbindung steht sondern die Luftvolumina 18 von Arbeitskammer 10a und Ausgleichskammer 10b stehen über eine mit Ventil 22a versehenen Pumpe 22 miteinander in Verbindung, während das Hydraulikvolumen 16a der Arbeitskammer 10a über ein weiteres Ventil 24 mit dem Hydraulikvolumen 16b der Ausgleichskammer 10b verbunden ist.
Mit Hilfe der Pumpe 22 kann Luft 18 bedarfsweise aus der Ausgleichskammer 10b in die Arbeitskammer 10a und umgekehrt gepumpt werden. Auf diese Weise lässt sich die Luft 18, die sich oberhalb der in der Arbeitskammer 10a befindlichen Hydraulikflüssigkeit 16a befindet, komprimieren oder entspannen, wodurch sich die Federsteifigkeit des Lagers 2 entsprechend ändert.
Eine zusätzliche hydraulische Dämpfung ist mit dem in Fig. 2 dargestellten Lager 2 gegeben.
Der Unterschied zu dem in Fig. 1 dargestellten Lager 2 besteht in der Einfügung des zwischen den gestrichelten Linien dargestellten Segments 26.
Dieses Segment 26 weist eine zweite Trennplatte 28, eine zweite Ausgleichskammer 30 und eine zweite Ausgleichsmembran 32 auf. Diese zweite Trennplatte 28 weist im Unterschied zu der ersten Trennplatte 12 einen ringförmigen Drosselkanal 34 auf, der die Arbeitskammer 10a mit der zusätzlichen Ausgleichskammer 30 verbindet. Außerdem befindet sich in der zweiten Trennplatte 28 eine Drosselmembran 36 mit Freiweg 38.
Ein unterhalb der zweiten Ausgleichsmembran 32 (und oberhalb der ersten Trennplatte 12) befindlicher zusätzlicher Raum 10a' ist teils mit Hydraulikflüssigkeit 16a, teils mit Luft 18 gefüllt. Ähnlich wie bei dem in Fig. 1 dargestellten Lager 2 kann auch hier mit Hilfe einer mit Ventil 22a versehenen Pumpe 22 Luft 18 von der Ausgleichskammer 10b in den oberhalb der Trennplatte 12 befindlichen, zusätzlichen Raum 10a' (oder umgekehrt) gepumpt werden, wodurch sich das in diesem zusätzlichen Raum 10a' befindliche Luftvolumen 18 ändert. Auf diese Weise kann auch die Steifigkeit dieses Lagers 2 entsprechend variiert werden.

Wirkungsweise

Die Pumpe 22 pumpt Luft 18 von einer Kammer 10a bzw. 10a' in die andere 10b. Dabei sind die beiden Ventile 22a und 24 gleichzeitig geöffnet. Da in den Kammern 10a bzw. 10a' und 10b im Mittel Umgebungsdruck herrscht, ist eine kleine preiswerte Membranpumpe ausreichend. Wird Luft 18 in Kammer 10a bzw. 10a' gepumpt, so entsteht dort ein Überdruck. Dadurch wird Fluid über den 2. Kanal 16 durch das 2. Ventil 24 in den Ausgleichsraum 10b verdrängt. Der Vorgang kann auch umgekehrt werden.
Im Leerlauf des Fahrzeugs wird viel Luft 18 in die Kammer 10a bzw. 10a' gepumpt. Dadurch erhält man eine geringe Luftsteifigkeit und somit eine geringe Gesamtsteifigkeit des Lagers 2.
Pumpt man Luft 18 aus der Kammer 10a bzw. 10a' heraus, so füllt sich diese Kammer 10a bzw. 10a' mit Fluid 16a, die verbleibende Luft 18 hat eine höhere Steifigkeit. Die Gesamtsteifigkeit des Lagers 2 steigt entsprechend. Dieser Zustand wird für den Fahrbetrieb benötigt. Im Extremfall (Kammer 10a bzw. 10a' nur mit Fluid 16a gefüllt) bekommt man eine unendlich hohe Steifigkeit. Bezugszeichenliste 2 (Motor-)Lager, Gummilager, Hydrolager
4 Federelement, Gummiteil
6a (erstes) Anschlussteil
6b (zweites) Anschlussteil
8 topfförmiges Gehäuse
8a zylindrische Wandung des topfförmigen Gehäuses (8)
8b Boden des topfförmigen Gehäuses (8), Lagerboden
10 Volumen
10a, 10b, 10c Teilräume
10a Arbeitskammer
10' zusätzlicher Raum
10b Ausgleichskammer
12 (erste) Trennplatte, Trennwand, Düsenplatte
14 (erste) Membran, Ausgleichsmembran
16, 16a, 16b Hydraulikflüssigkeit
18 Luft, Luftvolumen
20 Ausgleichsöffnung, Ausgleichsbohrung
22 Pumpe
22a (Luft-)Ventil
24 (Hydraulik-)Ventil
26 Segment: (zweite Trennplatte 28, zweite Ausgleichskammer 30, zweite Ausgleichsmembran)
28 zweite Trennplatte
30 zweite (zusätzliche) Ausgleichskammer
32 zweite Ausgleichsmembran
34 Drosselkanal
36 Drosselmembran
38 Freiweg

Claims

1. Steifigkeitsschaltbares, hydraulisches Gummilager (2) - insbesondere zur Verwendung als Motorlager in einem Kraftfahrzeug -
mit einem von einem Federelement (4) und einem topfförmigen Gehäuse (8) umschlossenen Volumen (10), das von mindestens einer Trennplatte (12, . . .) und mindestens einer Ausgleichsmembran (14, . . .) in mindestens drei Teilräume (10a, 10b, 10c, . . .) unterteilt ist,
wovon mindestens ein Teilraum (10a und/oder 10a') eine Arbeitskammer und wovon mindestens ein weiterer Teilraum (10b und/oder 30) eine Ausgleichskammer bildet, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens einer der Teilräume (10a, 10a', 10b, 10c, . . .) teils mit Luft (18) teils mit Hydraulikflüssigkeit (16a) gefüllt ist,
wobei das Luftvolumen (18) veränderbar ist.

2. Gummilager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine teils mit Luft (18) teils mit Hydraulikflüssigkeit (16a) gefüllte, mindestens eine Arbeitskammer bildende Teilraum (10a und/oder 10a') und der eine Ausgleichskammer bildende Teilraum (10b) miteinander verbunden sind.

3. Gummilager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen Arbeitskammer (10a bzw. 10a') und Ausgleichskammer (10b) eine mit Ventil (22a) versehene Hydraulikpumpe (22) aufweist, mit der Luft (18) von der Arbeitskammer (10a bzw. 10a') in die Ausgleichskammer (10b) und umgekehrt gepumpt werden kann.

4. Gummilager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikpumpe (22) eine Membranpumpe ist und mit einem Rückschlagventil (22a) versehen ist.

5. Gummilager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Hydraulikvolumina (16a und 16b) von Arbeitskammer (10a bzw. 10a') und Ausgleichskammer (10b) durch ein Hydraulikventil (24) miteinander verbunden sind, und dass die zwischen Arbeitskammer (10a bzw. 10a') und Ausgleichskammer (10b) befindlichen Ventile (22a) und (24) nach jedem Pumpvorgang verschließbar sind.

6. Gummilager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (2) mit einem herkömmlichen Gummilager in Serie oder parallel geschaltet ist.

7. Gummilager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Volumen (10) außer einer zweiten Ausgleichsmembran (32) eine zweite Trennplatte (28) angeordnet ist,
wodurch eine Arbeitskammer (10a) und eine Ausgleichskammer (30) nur über mindestens einen Drosselkanal (34) verbunden ist.

8. Gummilager nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen Ausgleichsmembran (14) und topfförmigem Gehäuse (8) befindliche Teilraum (10c) über eine im Boden (8b) eingelassene Ausgleichsbohrung (20) mit der Umgebung verbunden ist.

9. Gummilager nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Lagers (2) mittels der Pumpe (22) anhand von Schwingungsmessungen regelbar ist.

10. Gummilager nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit des Lagers (2) mittels der Pumpe (22) anhand eines Lagersteifigkeitskennfeldes steuerbar ist.