DE10253249A1

DE10253249A1 - Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug

Info

Publication number: DE10253249A1
Application number: DE2002153249
Authority: DE
Inventors: Peter Ernst Dipl.-Ing. Southstoke Pfeffer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2002-11-15
Filing date: 2002-11-15
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2022-11-16
Also published as: DE10253249B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch gedämpftes Elastomerlager (1, 1') zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug mit einem ersten und zweiten Befestigungselement (2, 3) und mit einer zwischen diesen angeordneten Elastomerfeder (4), die eine flüssigkeitsgefüllte Arbeitskammer (5) umgibt. Durch eine Trennwand (6) ist eine flüssigkeitsgefüllte, volumenveränderliche Ausgleichskammer (7) von der Arbeitskammer (5) abgegrenzt, wobei die Arbeitskammer (5) und die Ausgleichskammer (7) durch wenigstens eine Drosselöffnung (8) verbunden sind. Die Ausgleichskammer (7) weist zumindest in einem Teilbereich eine nachgiebige Wand (10) auf, so dass bei einer Auslenkung der Elastomerfeder (4) und dadurch bewirkten Volumenänderung der Arbeitskammer (5) ein zugeordneter Arbeitsflüssigkeitsaustausch durch die Drosselöffnung (8) zur volumenveränderlichen Ausgleichskammer (7) für eine Bewegungsdämpfung erfolgt. An die nachgiebige Wand (10) als Zwischenwand grenzt an die Ausgleichskammer (7) eine Luftkammer (11) an. Erfindungsgemäß enthält die Luftkammer (11) als integrierte Luftfeder Druckluft (12), wodurch die nachgiebige Wand (10) luftkammerseitig mit Überdruck beaufschlagt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein hydraulisch gedämpftes Elastomerlager zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein bekanntes gattungsgemäßes hydraulisch gedämpftes Elastomerlager zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug ( DE 41 21 939 A1 ; DE 38 01 108 A1 ) besteht aus einem ersten und zweiten Befestigungselement und einer zwischen diesen angeordneten Elastomerfeder, die eine flüssigkeitsgefüllte Arbeitskammer umgibt. Das erste und zweite Befestigungselement entspricht einem Lagerkern zur Verbindung mit einer Brennkraftmaschine und einem Wiederlager zur Verbindung mit einem Fahrzeugaufbau.

Weiter ist im Anschluss an die Arbeitskammer und von der durch eine Trennwand abgegrenzt eine flüssigkeitsgefüllte Ausgleichskammer vorgesehen, wobei die Arbeitskammer und die Ausgleichskammer durch wenigstens eine Drosselöffnung in der Trennwand verbunden sind. Die Ausgleichskammer ist von einer nachgiebigen Zwischenwand, konkret einem Rollbalg begrenzt, an den sich zur Aufnahme des Rollbalgs und zu dessen mechanischem Schutz eine weitere Kammer als zur Umgebung belüftete Luftkammer anschließt.

Bei einer durch Ein- und Ausfedervorgänge hervorgerufenen Relativbewegung zwischen dem ersten und zweiten Befestigungselement wird die Elastomerteder ausgelenkt, wodurch über eine Volumenänderung der Arbeitskammer ein zugeordneter Arbeitsflüssigkeitsaustausch durch die Drosselöffnung zur volumenveränderlichen Ausgleichskammer für eine Bewegungsdämpfung erfolgt. Die den Rollbalg anschließende Luftkammer atmet hier über wenigstens eine Belüftungsöffnung entsprechend der Rollbalgbewegung mit.

Solche Hydrolager werden insbesondere zur Lagerung von Brennkraftmaschinen in Fahrzeugen eingesetzt, um einerseits die aggregatseitigen Schwingungen zu isolieren und andererseits die Eigenschwingungen der Brennkraftmaschine zu minimieren. Dazu ist die hydraulische Wirkrichtung solcher Hydrolager im allgemeinen nahe der vertikalen Richtung. In dieser vertikalen Richtung wirkt auch die statische Last der Brennkraftmaschine, wobei die Elastomerteder als Tragkörper, diese statische Last und auch niederfrequente Kräfte wie die Abstützmomente durch das Antriebsmoment überträgt. Die hydraulische Wirkung dient zur Bedämpfung und Tilgung höhertrequenter Schwingungen. Durch die quasi-statischen Lasten und niederfrequenten Schwingungen federt die Elastomerfeder ein und die Federrate wird in der lateralen Längs- und Querrichtung verändert und in den meisten Fällen verhärtet. Die Elastomerteder muss dazu so dimensioniert werden, dass die maximalen Einfederungen ohne Zerstörung und ohne hohen Verschleiß aufgenommen werden können, wobei nachteilig relativ großvolumige Elastomerfedern und relativ große Federwege mit einem entsprechend großen Einbauraum erforderlich sind. Ein weiterer bekannter Nachteil von Elastomermaterial besteht darin, dass höhertrequente Schwingungen stärker übertragen werden, da das Elastomermaterial insbesondere bei kleinen Amplituden dabei verhärtet.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein gattungsgemäßes hydraulisch gedämpftes Elastomerlager so weiterzubilden, dass die vorstehenden Nachteile reduzierbar sind.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch 1 ist die Luftkammer die sich an die nachgiebige Zwischenwand der Ausgleichskammer anschließt als integrierte Luftfeder ausgebildet welche Druckluft enthält, wodurch die nachgiebige Wand luftkammerseitig mit Überdruck beaufschlagt ist, welcher die tragende Elastomerfeder von unten her unterstützt.

Der Aufbau ist einfach und kostengünstig, da für die integrierte Luftfeder die bei einem gattungsgemäßen Hydrolager ohnehin vorhandene Luftkammer als Überdruckluftkammer verwendet wird.

Das Prinzip des erfindungsgemäßen hydraulisch gedämpften Elastomerlagers besteht darin, dass durch Kräfte, die auf die Elastomerfeder als Tragkörper wirken, diese nach unten bewegt wird, so dass Flüssigkeit durch die üblicher Weise als Kanal ausgeführte Drosselöffnung von der Arbeitskammer in die Ausgleichskammer gedrückt wird. Dadurch wird das Volumen der Ausgleichskammer durch Ausbeulen der nachgiebigen Zwischenwand vergrößert, so dass das für die Luft vorhandene Volumen in der Luftkammer abnimmt und der dortige Überdruck und damit der gesamte Systemdruck ansteigt. Dabei wird die wirkende, quasi-statische Kraft zum einen Teil von der integrierten Luftfeder und zum anderen Teil durch die Elastomerfeder als Tragkörper aufgenommen. Durch eine bestimmte angepasste Vorkomprimierung der Luft in der Luftkammer kann der von der Elastomerfeder abgestützte Anteil dieser quasi- statischen Kraft beliebig eingestellt und ggf. auch komplett kompensiert werden.

Dadurch kann die Federrate der Elastomerfeder in Wirkrichtung der Luftfeder im Vergleich zum gattungsgemäßen Hydrolager geringer ausgelegt werden, da die Luftfeder einen vorbestimmten Anteil der quasi-statischen Kraft aufnimmt. Die elastomermaterialbedingte, dynamische Verhärtung der Elastomerfeder nimmt vorteilhaft im gleichen Ausmaß wie deren Federrate ab, so dass die dynamische Verhärtung des gesamten Lagers in Wirkrichtung der Luftfeder vorteilhaft abnimmt, da die tragende Elastomerfeder dynamisch nicht verhärtet.

Dadurch ergeben sich zudem folgende Vorteile: Der Verhärtungsgrad der Elastomerfeder ist in allen Richtungen im Vergleich zu einem Hydrolager nach dem Stand der Technik niedriger und die Dauerhaltbarkeit ist besser, da der Spannungszustand im Elastomerfedermaterial geringer ist. An der Elastomerfeder treten geringere Verformungen auf und Bauraum für die Einfederung kann eingespart werden. Zudem kann die Elastomerfeder mit weniger Materialeinsatz für die benötigte Steifigkeit in Quer- und Längsrichtung optimiert werden.

In einer ersten Ausführungsform nach Anspruch 2 soll die Luftkammer ein abgeschlossenes Kammervolumen aufweisen, wobei die Druckluft bleibend bei der Herstellung eingebracht wird. Die Vorkomprimierung und damit die Dimensionierung der Luftfeder erfolgt somit bei der Herstellung und ist während der Lebensdauer des Lagers unverändert. Anstelle von Luft kann ggf. auch ein anderes Gas verwendet werden, was als äquivalente Maßnahme vom Anspruch mit umfasst sein soll.

In einer alternativen Ausführungsform nach Anspruch 3 ist die Luftkammer an eine steuerbare Druckluftquelle, beispielsweise an einen Kompressor angeschlossen, wobei der Überdruck in der Luftfeder in Abhängigkeit unterschiedlicher Betriebszustände steuerbar ist. Dadurch kann vorteilhaft die Federrate des gesamten Lagers an unterschiedliche Betriebszustände angepasst werden.

Nach Anspruch 4 wird die nachgiebige Zwischenwand zwischen der Ausgleichskammer und der Luftkammer vorteilhaft als an sich bekannter und bewährter Rollbalg ausgebildet.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 5 wird ein konkreter Lageraufbau beansprucht, der im Wesentlichen dem bekannten gattungsgemäßen Lageraufbau ergänzt um die erfindungsgemäße Funktion der Luftkammer entspricht. Dazu sind die Außenbegrenzungwände der Luftkammer durch eine stabile Aufnahmeschale gebildet, welche unmittelbar oder über ein angebrachtes Befestigungselement mit dem Fahrzeugaufbau verbunden ist. In der Aufnahmeschale angeordnet und nacheinander nach oben folgt der Rollbalg und die Trennwand zur Ausbildung der dazwischen liegenden Ausgleichskammer und am oberen Schalenrandbereich ist die ringförmige und nach oben zur Ringmitte hin schräg angestellte Elastomerfeder abgestützt und verbunden. In der Ringmitte der Elastomerfeder ist ein stabiler Lagerkern als Befestigungselement für die Brennkraftmaschine angebracht, insbesondere in einem Gummimaterial einvulkanisiert. Dadurch wird eine konstruktiv bewährte Ausführung verwendet und erfindungsgemäß mit erweiterter Funktion modifiziert.

Weiter kann nach Anspruch 6 in an sich bekannter Weise zur Reduzierung der dynamischen Steifigkeit des Lagers in der Trennwand eine auslenkbare Entkopplungsmembran aufgenommen sein, die einerseits die Arbeitskammer und andererseits die Ausgleichskammer begrenzt. Alternativ dazu kann in ebenfalls bekannter Weise nach Anspruch 7 eine Entkopplungsmembran verwendet werden, die einerseits die Arbeitskammer und andererseits einen Entkopplungsraum begrenzt, welcher keine Verbindung zur Ausgleichskammer hat. Zweckmäßig wird der Entkopplungsraum gemäß Anspruch 8 mit einer Entlüftungsöffnung mit der Umgebung verbunden.

Alternativ dazu kann der Entkopplungsraum nach Anspruch 9 über eine Verbindungsleitung auch mit der Luftkammer verbunden sein, so dass auf die Entkopplungsmembran einerseits der Überdruck der Luftfeder wirkt wodurch je nach Einsatzfall weitere Anpassungsmöglichkeiten gegeben sind. Gemäß Anspruch 10 kann in der Verbindungsleitung ein steuerbares Ventil angebracht sein, mit dem je nach Betriebszustand der Überdruck auf die Entkopplungsmembran beeinflussbar ist, wodurch vorteilhaft zusätzliche Steuermöglichkeiten gegeben sind.

Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines hydraulisch gedämpften Elastomerlagers in einer ersten Ausführungsform, und
2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts des hydraulisch gedämpften Elastomerlagers in einer zweiten Ausführungsform.
In 1 ist ein hydraulisch gedämpftes Elastomerlager 1 in einem Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Elastomerlager 1 weist ein erstes Befestigungselement 2 auf, das zur Befestigung bzw. Lagerung einer Brennkraftma schine (nicht dargestellt) eines Fahrzeuges dient, und ein zweites Befestigungselement 3, das sich an der Fahrzeugkarosserie (nicht dargestellt) abstützt. Zwischen diesen beiden Befestigungselementen 2 und 3 ist eine Elastomerfeder 4 angeordnet, die eine flüssigkeitsgefüllte Arbeitskammer 5 umgibt. Durch eine Trennwand 6 ist die Arbeitskammer von einer flüssigkeitsgefüllten, volumenveränderlichen Ausgleichskammer 7 abgegrenzt, wobei die Arbeitskammer 5 und die Ausgleichskammer 7 durch einen Kanal 8 als Drosselöffnung, der in der Trennwand 6 ausgebildet ist, verbunden sind. Die in der Arbeitskammer 5, in der Ausgleichskammer 7 und im Kanal 8 befindliche Flüssigkeit 9 ist mit strichlierter Darstellung in 1 eingezeichnet.
Um die Volumenveränderlichkeit der Ausgleichskammer 7 zu gewährleisten, ist die der Trennwand 6 abgewandte Begrenzungswand der Ausgleichskammer 7 als nachgiebiger Rollbalg 10 ausgeführt. An die Ausgleichskammer 7 grenzt durch den Rollbalg 10 getrennt, eine Luftkammer 11 an, die mit Druckluft 12 gefüllt ist. Dadurch ist der Rollbalg 10 luftkammerseitig mit Überdruck beaufschlagt. Die Außenbegrenzungswände der Luftkammer 11 sind durch eine stabile Aufnahmeschale 13 gebildet, an der das zweite Befestigungselement 3 angeordnet ist. In der Aufnahmeschale 13 sind nacheinander nach oben folgend nach der Luftkammer 11 der Rollbalg 10 und die Trennwand 6 angeordnet. Am oberen Schalenrandbereich 14 ist ringförmig und nach oben zur Ringmitte schräg angestellt die Elastomerteder 4 abgestützt und verbunden. In der Ringmitte ist ein stabiler Lagerkern 15 angeordnet, an dem das erste Befestigungselement 2 für die Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) ausgebildet ist. In der Trennwand 6 ist eine auslenkbare Entkopplungsmembran 16 aufgenommen, die einerseits die Arbeitskammer 5 und andererseits die Ausgleichskammer 7 begrenzt.
Durch die Einwirkung einer Kraft (Pfeil 17) auf die Elastomerfeder 4 als Tragkörper wird diese nach unten bewegt, so dass Flüssigkeit 9 durch den Kanal 8 als Drosselöffnung von der Arbeitskammer 5 in die Ausgleichskammer 7 gedrückt wird. Dadurch wird das Volumen der Ausgleichskammer 7 durch Ausbeulen des Rollbalgs 10 nach unten vergrößert, so dass das für die Druckluft 12 vorhandene Volumen in der Luftkammer 11 abnimmt. Der in der Luftkammer 11 vorherrschende Überdruck steigt dadurch an. Die Luftkammer 11 wirkt dabei in der Art einer Luftfeder, so dass die wirkende, quasi-statische Kraft 17 zum einen Teil durch die Elastomerfeder 4 als Tragkörper und zum anderen Teil durch die integrierte Luftfeder aufgenommen wird. Je nach Vorkomprimierung der Druckluft 12 in der Luftkammer 11 kann der von der Elastomerfeder 4 abgestützte Anteil dieser Kraft 17 beliebig eingestellt werden. Die der Kraft 17 entgegenwirkende Abstützung an der Fahrzeugkarosserie ist mit dem Pfeil 18 in 1 eingezeichnet.
In 2 ist schematisch ein Längsschnitt des Elastomerlagers 1' in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Der Grundaufbau des Elastomerlagers 1' entspricht dabei dem Grundaufbau des Elastomerlagers 1 von 1, so dass für gleiche Bauteile gleiche Bezugszeichen verwendet sind.
Im Unterschied zu der Ausführungsform von 1 begrenzt die in der Trennwand 6 aufgenommene Entkopplungsmembran 16 einerseits die Arbeitskammer 5 und andererseits einen Entkopplungsraum 19. Der Entkopplungsraum 19 ist mittels einer Verbindungsleitung 20, in der ein steuerbares Ventil 21 angeordnet ist, mit der Luftkammer 11 verbunden. Des weiteren ist die Luftkammer 11 an einen Kompressor (nicht dargestellt) über eine Druckzuleitung 22, in der ein steuerbares Ventil 23 angeordnet ist, angeschlossen.
Somit kann einerseits mit einer Druckeinstellung im Entkopplungsraum 19 und andererseits mit einer Druckeinstellung in der Luftkammer 11 eine Anpassung des Elastomerlagers 1' an unterschiedliche Betriebszustände durchgeführt werden.

Claims

Hydraulisch gedämpftes Elastornerlager zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug – mit einem ersten und zweiten Befestigungselement, und mit einer zwischen diesen angeordneten Elastomerfeder, die eine flüssigkeitsgefüllte Arbeitskammer umgibt, – mit einer von der Arbeitskammer durch eine Trennwand abgegrenzten, flüssigkeitsgefüllten, volumenveränderlichen Ausgleichskammer, wobei die Arbeitskammer und die Ausgleichskammer durch wenigstens eine Drosselöffnung verbunden sind, und die volumenveränderliche Ausgleichskammer zumindest in einem Teilbereich eine nachgiebige Wand aufweist, so dass bei einer Auslenkung der Elastomerfeder und dadurch bewirkten Volumenänderung der Arbeitskammer ein zugeordneter Arbeitsflüssigkeitsaustausch durch die Drosselöffnung zur volumenveränderlichen Ausgleichskammer für eine Bewegungsdämpfung erfolgt, und – mit einer an die Ausgleichskammer an die nachgiebige Wand als Zwischenwand angrenzenden Luftkammer, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkammer (11) als integrierte Luftfeder Druckluft (12) enthält, wodurch die nachgiebige Wand (10) luftkammerseitig mit Überdruck beaufschlagt ist.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftkammer (11) ein abgeschlossenes Kammervolumen aufweist und die Druckluft (12) bleibend bei der Herstellung eingebracht ist.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass an die Luftkammer (11) eine in Abhängigkeit unterschiedlicher Betriebszustände für angepasste Überdrucke steuerbare Druckluftquelle angeschlossen ist.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebige Zwischenwand zwischen der Ausgleichskammer (7) und der Luftkammer (11) ein Rollbalg (10) ist.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenbegrenzungswände der Luftkammer (11) durch eine stabile Aufnahmeschale (13) gebildet sind mit einem Befestigungselement (3) zum Fahrzeugaufbau und nacheinander nach oben folgend der Rollbalg (10) und die Trennwand (6) angeordnet sind, und dass am oberen Schalenrandbereich (14) eine ringförmig und nach oben zur Ringmitte schräg angestellte Elastomerfeder (4) abgestützt und verbunden ist, wobei in der Ringmitte ein stabiler Lagerkern (15) als Be festigungselement (2) für die Brennkraftmaschine im Elastomermaterial angebracht ist.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennwand (6) eine auslenkbare Entkopplungsmembran (16) aufgenommen ist, die einerseits die Arbeitskammer (5) und andererseits die Ausgleichskammer (7) begrenzt.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Trennwand (6) eine auslenkbare Entkopplungsmembran (16) aufgenommen ist, die einerseits die Arbeitskammer (5) und andererseits einen Entkopplungsraum (19) begrenzt.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsraum mit einer Entlüftungsöffnung mit der Umgebung verbunden ist.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Entkopplungsraum (19) mit einer Verbindungsleitung (20) mit der Luftkammer (11) verbunden ist.
Hydraulisch gedämpftes Elastomerlager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbindungsleitung (20) ein steuerbares Ventil (21) angeordnet ist.