-
Die Erfindung betrifft ein hydraulisch gedämpftes Elastomerlager zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
Ein bekanntes 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 Elastomerfeder 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 Elastomerfeder als Tragkörper, diese statische Last und auch niederfrequente Kräfte wie die Abstützmomente durch das Antriebsmoment überträgt. Die hydraulische Wirkung dient zur Bedämpfung und Tilgung höherfrequenter 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 Elastomerfeder 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 höherfrequente Schwingungen stärker übertragen werden, da das Elastomermaterial insbesondere bei kleinen Amplituden dabei verhärtet.
-
Die gattungsbildende
DE 34 41 592 A1 zeigt ein hydraulisch gedämpftes Elastomerlager zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Fahrzeug, bei dem eine Trennwand eine obere Arbeitskammer von einer unteren Ausgleichskammer trennt, wobei die volumenveränderliche Ausgleichskammer über eine nachgiebige Wand als Zwischenwand an eine mit Druckluft beaufschlagbare Luftkammer angrenzt.
-
Des Weiteren betrifft die
DE 101 59 355 A1 einen Aufbau, bei dem eine im Bereich eines sogenannten Teilungsaufbaus angeordnete elastische Schwingungsplatte an eine Schwingungsluftkammer angrenzt, die über eine erste Luftleitung wechselweise mit der Umgebung bzw. mit einer Unterdruckquelle strömungstechnisch koppelbar ist. Ebenso kann die mit der sogenannten Statikarbeitsluftkammer verbindbare zweite Leitung wahlweise mit der Umgebung bzw. einer Unterdruckquelle strömungstechnisch verbunden werden.
-
Demgegenüber ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein gattungsbildendes hydraulisch gedämpftes Elastomerlager so weiterzubilden, dass damit die dynamische Steifigkeit in vorteilhafter Weise reduziert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
-
Gemäß Patentanspruch 1 ist in der Trennwand eine auslenkbare Entkopplungsmembran aufgenommen, die einerseits die Arbeitskammer und andererseits einen separaten Entkopplungsraum begrenzt, wobei dieser Entkopplungsraum über eine Verbindungsleitung mit der Luftkammer verbunden ist.
-
Mit einem derartigen Aufbau kann auf einfache Weise eine Druckeinstellung im Entkopplungsraum und andererseits auch eine Druckeinstellung in der Luftkammer vorgenommen werden und damit eine gewünschte Anpassung des Elastomerlagers an unterschiedliche Betriebszustände erreicht werden, insbesondere auch im Hinblick auf die gewünschte Reduzierung der dynamischen Steifigkeit eines Lagers.
-
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 quasistatischen Kraft beliebig eingestellt und gegebenenfalls auch komplett kompensiert werden.
-
Dadurch kann die Federrate der Elastomerfeder in Wirkrichtung der Luftfeder 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 relativ niedrig und die Dauerhaltbarkeit ist gut, da der Spannungszustand im Elastomerfedermaterial gering ist. An der Elastomerfeder treten geringe Verformungen auf und Bauraum für die Einfederung kann eingespart werden. Zudem kann die Elastomerfeder mit wenig Materialeinsatz für die benötigte Steifigkeit in Quer- und Längsrichtung optimiert werden.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform 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.
-
Bevorzugt wird die nachgiebige Zwischenwand zwischen der Ausgleichskammer und der Luftkammer als an sich bekannter und bewährter Rollbalg ausgebildet.
-
Besonders bevorzugt ist ein konkreter Lageraufbau, bei dem die Außenbegrenzungwände der Luftkammer durch eine stabile Aufnahmeschale gebildet sind, 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.
-
Anhand einer Zeichnung wird die Erfindung näher erläutert.
-
Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts eines hydraulisch gedämpften Elastomerlagers einer nicht-erfindungsgemäßen Ausführungsform, und
-
2 eine schematische Darstellung eines Längsschnitts einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen hydraulisch gedämpften Elastomerlagers.
-
In 1 ist ein ein lediglich aus Erläuterungsgründen gezeigtes, nicht-erfindungsgemäßes hydraulisch gedämpftes Elastomerlager 1 in einem Längsschnitt schematisch dargestellt. Das Elastomerlager 1 weist ein erstes Befestigungselement 2 auf, das zur Befestigung bzw. Lagerung einer Brennkraftmaschine (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 Elastomerfeder 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 erfindungsgemäßen 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.
