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Die
Erfindung betrifft ein hydraulisch bedämpftes Lager, insbesondere
ein Motorlager, mit einem Elastomerkörper, der eine Hydraulikkammer
begrenzt, die von einer ersten Membran in zwei mit Hydraulikmedium
befüllte
Teilkammern unterteilt ist, sowie mit einem elektrisch betätigten und
geeignet ansteuerbaren Aktuator, mit welchem periodisch eine Kraft
auf das Hydraulikmedium ausgeübt
werden kann. Zum technischen Umfeld wird auf die
US 5,116,029 verwiesen.
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Hydraulisch
bedämpfte
Lager, insbesondere Motorlager, d.h. solche, mit denen das Antriebsaggregat
eines Kraftfahrzeugs an der Fahrzeug-Karosserie abgestützt ist, sind in mannigfachen
Bauarten bekannt. Ein wesentliches Ziel bei der Auslegung bzw. Gestaltung
solcher Motorlager ist es, die Übertragung
von Schwingungen und Körperschall
vom Fzg.-Antriebsaggregat
bzw. Motor in die Karosserie des Fahrzeugs bestmöglich zu unterbinden. Da im Antriebsaggregat,
bspw. einer Hubkolben-Brennkraftmaschine,
in Abhängigkeit
vom jeweiligen Betriebszustand unterschiedlichste Schwingungen (hinsichtlich
Frequenz und Amplitude) erzeugt werden, werden auch bereits sog.
schaltbare Lager eingesetzt, deren Dämpfungs- oder Übertragungscharakteristik
gezielt verändert
werden kann. Bei hydraulisch bedämpften
Lagern kann dies dadurch erfolgen, dass auf das Hydraulikmedium
geeignet periodisch eine Kraft ausgeübt wird. Verschiedene Ausführungsbeispiele
hierfür
sind in der eingangs genannten Schrift offenbart.
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Bei
einer bekannten und hinsichtlich ihrer Dämpfungscharakteristik vorteilhaften
Lagerbauart ist die Hydraulikkammer dabei durch eine Membran oder
dgl. in sog. Teilkammern unterteilt, da hiermit insbesondere für eine Drehzahländerung
des gelagerten Fzg.-Motors gute Resultate erzielt werden. In der
o.g. Schrift kann nun eine solche Trenn-Membran oder dgl. mittels
Elektromagnet-Spulen quasi in Gegenschwingungen versetzt werden
um Schwingungen, die vom Hydraulikmedium auf diese Trenn-Membran übertragen
werden, zu bedämpfen bzw.
minimieren.
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Durch
die genannten Elektromagnet-Spulen, die bei der genannten
US 5,116,029 als sog. Aktuator im
Sinne des Oberbegriffs des vorliegenden Patentanspruchs 1 wirken
bzw. wirken können,
wird die sog. Trenn-Membran zwischen den beiden sog. Teilkammern
nachteiligerweise stark beansprucht bzw. ohne Anregung durch die
Magnetspulen in ihrer Wirkung behindert.
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Eine
Abhilfemaßnahme
für diese
geschilderte Problematik aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung. Die Lösung
dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator über eine zweite
in einer Nebenkammer vorgesehene Membran oder über eine eine der Teilkammern
begrenzende Membran auf das Hydraulikmedium einwirken kann. Vorteilhafte
Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß kann ein
geeigneter Aktuator über
eine Membran bei entsprechender Ansteuerung in optimaler Weise Kräfte auf
das Hydraulikmedium eines hydraulisch bedämpften Lagers ausüben ohne
dabei negative Auswirkungen auf eine sog. Trenn-Membran, die die
Hydraulikkammer in zwei Teilkammern unterteilt, zu haben, wenn hierfür ein eigenständige Membrane
vorgesehen ist. Diese „eigenständige" Membrane, die wesentlich
günstigere Übertragungseigenschaften
als bspw. ein Kolben hat und die insbesondere auch höherfrequente
Schwingungen als ein Kolben oder dgl. übertragen kann, kann dabei
in einer sog. Nebenkammer des Lagers – insbesondere an deren Wand
anliegend – vorgesehen
sein, oder es kann diese Membran abschnittsweise eine Begrenzungswand
einer der sog. Teilkammern des Lagers bilden. Vorteilhafterweise
kann eine „eigenständige", d.h. speziell für diesen
Zweck vorgesehene Membran, über
die ein Aktuator periodisch eine Kraft auf das Hydraulikmedium des
Lagers ausüben
soll, exakt auf diesen Einsatz bzw. diese Aufgabe hin ausgelegt
werden. Vorteilhafterweise kann im übrigen diese Membran auch direkt
ein Rückstellen
des Aktuators in seine Ausgangsposition bewirken, nachdem dieser
die Membran zuvor in gewünschter
Weise ausgelenkt hatte, so dass der Aktuator quasi nur in einer
einzigen Richtung wirken muss, während
die entgegengesetzte Bewegungsrichtung durch die Elastizitätswirkung
der Membran initiiert wird.
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Was
die Ansteuerung des Aktuators betrifft, so können unterschiedliche Ansteuerungs-Modi
vorgesehen sein, die jeweils bestimmten Betriebsbedingungen zugeordnet
sind. So kann der Aktuator bspw. in einer ersten Position die zugeordnete
Membran derart positionieren und für eine längere Zeitspanne halten, dass
das Volumen der Teilkammer oder Nebenkammer gegenüber einer
Ruhestellung des Aktuators verringert wird, wobei das Halten über eine
längere
Zeitspanne bedeutet, dass der Aktuator hierbei keine oszillierende
Bewegung ausübt.
Handelt es sich beim elektrisch betätigten Aktuator um einen Elektromagneten,
der einen Bolzen oder dgl. verlagert, der seinerseits auf die Membran
einwirkt, so kann hierbei der Elektromagnet mit einem ersten elektrischen
Spannungswert beaufschlagt werden. Diese erste Position kann dann
bspw. die normale Betriebsstellung sein, in der ein Kraftfahrzeug
mit einem erfindungsgemäßen Motor-Lager
relativ gemächlich
betrieben wird und das Fzg.-Antriebsaggregat demzufolge keine besonders
kritischen Schwingungen erzeugt. In einer anderen Betriebsweise kann
ein erfindungsgemäßes Lager
als sog. aktives Lager betrieben werden und der Aktuator demzufolge
oszillierend betrieben werden, bspw. unter alternierendem Anlegen
eines anderen elektrischen Spannungswertes mit auf die jeweiligen
Verhältnisse abgestimmten
Frequenzen. Bei diesem schwingenden Aktuator-Betrieb wird dann das
Volumen der Nebenkammer oder Teilkammer periodisch abwechselnd verkleinert
und vergrößert, wodurch
sich eine periodische Krafteinwirkung auf das Hydraulikmedium ergibt.
In einer weiteren Betriebsart schließlich kann die Steifigkeit
des Lagers herabgesetzt werden, indem der Aktuator für eine längere Zeitspanne
in ein solche Position gebracht und in dieser gehalten wird, dass
aufgrund der entsprechenden Formgebung der vom Aktuator beaufschlagten
Membran das Volumen der besagten Teilkammer oder Nebenkammer gegenüber einer
Ausgangsposition vergrößert wird.
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Wenn
die besagte Nebenkammer, in welcher die vom Aktuator beaufschlagte
sog. zweite Membran vorgesehen sein kann, über zumindest eine Übertrittsöffnung mit
zumindest einer der Teilkammern, die aus der Hydraulikkammer des
Lagers durch die sog. erste Membran oder Trenn-Membran gebildet werden, hydraulisch
verbunden ist, so liegt durch die Gestaltung und Dimensionierung
dieser Übertrittsöffnung(en)
ein weiterer Auslegungsparameter vor, mit dem sich das Verhalten
des Lagers geeignet abstimmen bzw. gestalten lässt. Im Sinne einer einfachen
Bauweise kann dabei die an der Innenwand der Nebenkammer anliegende
zweite Membran und eine weitere eine der Teilkammern begrenzende
Membran ein zusammenhängendes
Bauelement sein.
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Verschiedene
Ausführungsformen,
auch was die Ausgestaltung des Aktuators jeweils in Form eines Elektromagneten
mit einem von diesem betätigten
und auf die sog. zweite Membran einwirkenden Bolzen bzw. dessen
Betätigungsrichtung
betrifft, sind in den beigefügten 1–3 dargestellt
und werden im Folgenden näher
erläutert.
Jede der Figuren zeigt ein erfindungsgemäßes Lager bzw. die wesentlichen Elemente
desselben in einem Schnitt, wobei gleiche Elemente stets mit der
gleichen Bezugsziffer gekennzeichnet sind.
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Das
erfindungsgemäße hydraulisch
bedämpfte
Lager dient der Abstützung
eines nicht dargestellten Fzg.-Antriebsaggregats (= Motors) auf
der Karosserie 1 eines ebenfalls nicht weiter dargestellten
Kraftfahrzeugs. Wie ersichtlich stützt sich das dargestellte Lager
mit seiner Unterschale 2 auf der Fzg.-Karosserie 1 ab,
während
auf der entgegengesetzten Seite eine Aufnahmeplatte 3 mit
einem Befestigungsbolzen 4 für den Motor bzw. das zu lagernde
Fzg.-Antriebsaggregat vorgesehen ist. Getragen wir diese Aufnahmeplatte 3 von
einem ringförmigen Elastomerkörper 5,
der über
eine Zwischenplatte 6 auf der Unterschale 2 bzw.
auf dem hierfür
geeignet geformten Rand 2a der Unterschale 2 aufliegt.
Diese Zwischenplatte 6 ist zweilagig ausgebildet und schließt zwischen
diesen beiden Lagen eine erste Membran 7 zwischen sich
ein, wobei die beiden Lagen der Zwischenplatte 6 mit mehreren
Durchbrüchen
versehen sind.
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Innerhalb
der Unterschale 2 ist zwischen deren Rand 2a und
der Zwischenplatte 6 eine sog. Begrenzungswand-Membran 8 eingespannt,
so dass von dieser sowie dem ringförmigen Elastomerkörper 5 eine
mit einem Hydraulikmedium befüllte
Hydraulikkammer 9 begrenzt wird, die durch die bereits
genannte erste Membran 7, die eine Zwischenlage der zweilagigen
Zwischenplatte 6 ist, in zwei Teilkammern 9a, 9b unterteilt
wird. Vom getragenen Motor initiierte Schwingungen, die über den
Elastomerkörper 5 in
die in den Figuren obere hydraulische bzw. mit Hydraulikmedium befüllte Teilkammer 9a eingeleitet werden,
werden somit über
die erste Membran 7 entsprechend gedämpft in die untere hydraulische
bzw. mit Hydraulikmedium befüllte
Teilkammer 9b übertragen.
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Bei
den Ausführungsbeispielen
nach den 1, 2 ist neben der unteren Teilkammer 9b in
der Unterschale 2 noch eine sog. Nebenkammer 10 vorgesehen,
die von der Teilkammer 9b durch eine Trennwand 11 und
von der Teilkammer 9a durch die Zwischenplatte 6 abgetrennt
ist. Dabei ist in der Zwischenplatte 6 eine Übertrittsöffnung 12 vorgesehen, so
dass die ebenfalls mit Hydraulikmedium befüllte Nebenkammer 10 in
direkter hydraulischer Verbindung mit der (oberen) Teilkammer 9a steht.
In dieser Nebenkammer 10 befindet sich eine sog. zweite Membran 13 bzw.
eine zweite Membran 13 liegt an der Innenwand dieser Nebenkammer 10 an,
wobei in einer vorteilhaften Ausbildung diese zweite Membran 13 mit
der bereits genannten Begrenzungswand-Membran 8 zusammenhängt, d.h.
mit dieser ein zusammenhängendes
Element bildet, wofür selbstverständlich ein
entsprechender Durchtritts-Spalt zwischen der Trennwand 11 und
der Zwischenplatte 6 vorgesehen sein muss.
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Beim
Ausführungsbeispiel
nach 1 weist die in
der Nebenkammer 10 vorgesehene zweite Membran 13 einen
verstärkten
Abschnitt 13a auf und ragt mit diesem durch einen Durchbruch 14a in
der der Wand der Unterschale 2 direkt benachbarten Wand
der Nebenkammer 10 hindurch, wobei ein entsprechender Durchbruch 14b auch
in der Wand der Unterschale 2 vorgesehen ist. In diesem
Bereich ist an die Außenseite
der Unterschale 2 ein elektrisch betätigbarer Aktuator 15 angeflanscht,
die hier aus einem Elektromagneten 15a sowie einem von
diesem verlagerbaren Bolzen 15b besteht. Dieser Bolzen 15b wirkt
mit seinem freien, d.h. dem Elektromagneten 15a abgewandten
Ende auf die zweite Membran 13 bzw. auf deren verstärkten Abschnitt 13a ein bzw.
ist in diesen eingeknüpft.
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Der
verlagerbare Bolzen 15b des Aktuators 15 verläuft längs der
Achse 15c der Spule des Aktuator-Elektromagneten 15a und
durchdringt diese Spule, wobei diese Achse 15c auf der
Längsachse des
Befestigungsbolzens 4 des Lagers senkrecht steht. Mit seinem
der zweiten Membran 13 gegenüberliegenden Ende ist der Bolzen 15b in
einem Gummilager 15d gelagert und trägt in seinem Abschnitt zwischen
dem Gummilager 15b und dem Elektromagneten 15a eine
Scheibe 15e, die an der Stirnseite der Spule des Elektromagneten 15a zur
Anlage kommt, wenn dieser geeignet bestromt wird.
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Somit
kann mit geeigneter, bspw. alternierender Bestromung des Elektromagneten 15a der axial
verschiebbar geführte
Bolzen 15b gemäß Pfeilrichtung 16 verlagert
werden, wodurch das Volumen der Nebenkammer 10 ebenso alternierend
verändert wird.
Figürlich
dargestellt ist dabei ein Zustand mit maximalem Volumen; bei Verlagerung
des Bolzens 15b längs
der Achse 15c nach rechts – hervorgerufen durch eine
Bestromung des Elektromagneten 15a – wird dieses Volumen verringert.
Eine Rückstellung
in den figürlich
dargestellten Zustand erfolgt dann bei unbestromtem Elektromagneten 15a aufgrund
der Elastizitätswirkung
der zweiten Membran 13 sowie des Gummilagers 15d.
Mit der geschilderten Volumenveränderung
in der Nebenkammer 10 wird aus dieser Hydraulikmedium durch
die Übertrittsöffnung 12 in
die obere Teilkammer 9a verdrängt bzw. aus dieser abgezogen,
so dass – wie
gewünscht – hierdurch
Kräfte
auf das in der Teilkammer 9a bzw. in der Hydraulikammer 9 befindliche
Hydraulikmedium ausgeübt
werden können.
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Das
Ausführungsbeispiel
nach 2 ist ähnlich demjenigen
nach 1, d.h. auch hier
ist innerhalb der Unterschale 2 eine Nebenkammer 10 vorgesehen,
in der sich eine zweite Membran 13 befindet. Diese weist
im Bereich eines Durchbruchs 14a im Boden der Nebenkammer 10 abermals
einen verstärkten
Abschnitt 13a auf, in das jedoch nicht das freie Ende eines
Bolzens 15b des Aktuators 15, sondern ein von
dessen Längs-Achse 15c bzw.
vom Bolzen 15b abragender Abschnitt 15f eingeknüpft ist. Dieser
Bolzen 15b ist an seiner dem Elektromagneten 15a zugewandten
Seite abermals mit einer Scheibe 15e, hier bevorzugt aus
permanentmagnetischem Material, versehen und mit seinem gegenüberliegenden
Ende um das dortige Gummilager 15d in der Zeichenebene
gemäß Pfeilrichtung 16 verschwenkbar gelagert.
Bei geeigneter Anordnung des Elektromagneten 15a kann so
mit geeigneter elektrischer Ansteuerung desselben im Zusammenwirken
mit der im Hinblick auf die mögliche
Bewegungsviefalt bevorzugt permanentmagnetischen Scheibe 15e der
Bolzen 15b gemäß Pfeilrichtung 16 verlagert
werden, was wiederum eine Volumenveränderung in der Nebenkammer 10 bewirkt.
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Das
weitere Ausführungsbeispiel
nach 3 ist hinsichtlich
des Aktuators 15 ähnlich
demjenigen nach 2 gestaltet,
jedoch ist hier die Nebenkammer 10 quasi in die untere
Teilkammer 9b integriert. Dabei ist der die Nebenkammer 10 bildende
zentrale Bereich der Teilkammer 9b vom diesen umgebenden ringförmigen Bereich
der Teilkammer 9b durch eine ringförmige Trennwand 11 abgetrennt
und es ist zwischen der so aus der unteren Teilkammer 9b heraus gebildeten
Nebenkammer 10 und der oberen Teilkammer 9a wiederum
eine Übertrittsöffnung 12 vorgesehen,
so dass in diesem Bereich auch die erste Membran 7, die
innerhalb der zweilagigen Zwischenplatte 6 vorgesehen ist,
einen entsprechenden Durchbruch aufweist.
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Auch
hier kann durch entsprechende Bestromung des Elektromagneten 15a der
Aktuator 15 bzw. der vom Bolzen 15b abragende
Abschnitt 15f die zweite Membran 13 in der Nebenkammer 10 derart bspw.
alternierend verlagern, dass aufgrund der daraus resultierenden
Volumenänderung
der Nebenkammer 10 eine bspw. periodische Kraft auf das
in der oberen Teilkammer 9a befindliche Hydraulikmedium
ausgeübt
wird. Hiermit kann die Charakteristik des beschriebenen hydraulisch
bedämpften
Lagers in gewünschter
Weise verändert
werden.
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Selbstverständlich sind
eine Vielzahl von Abwandlungen von den gezeigten Ausführungsbeispielen
möglich,
ohne den Inhalt der Patentansprüche
zu verlassen. Bspw. kann anstelle des Elektromagneten 15a im
Aktuator 15 auch ein geeigneter Elektromotor vorgesehen
sein. Stets erhält
man jedoch ein optimal ansteuerbares aktives Lager, das sich vorteilhafterweise
im nicht angesteuerten Zustand wie übliche Bauarten von derartigen
Lagern verhält, insbesondere
da die hier mit der Bezugsziffer 7 gekennzeichnete erste
Membran unverändert
erhalten bleiben kann. Und auch gegenüber an sich bekannten durch
Unterdruck ansteuerbaren, aktiven hydraulisch bedämpften Lagern
zeichnet sich ein erfindungsgemäßes Lager
durch eine Vielzahl von Vorteilen aus. So ist das Reaktionsverhalten
deutlich besser als bei Ansteuerung durch Luft, welche bekanntlich
stark kompressibel ist. Auch sind keine Schallprobleme zu befürchten und
der Bauaufwand ist geringer, da kein Druckspeicher für die Druckversorgung
sowie keine Luftleitungen erforderlich sind.
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- 1
- Karosserie
- 2
- Unterschale
- 2a
- Rand
von 2
- 3
- Aufnahmeplatte
- 4
- Befestigungsbolzen
- 5
- Elastomerkörper
- 6
- Zwischenplatte
- 7
- erste
Membran
- 8
- Begrenzungswand-Membran
- 9
- Hydraulikkammer
- 9a,b
- obere
bzw. untere Teilkammer
- 10
- Nebenkammer
- 11
- Trennwand
- 12
- Übertrittsöffnung
- 13
- zweite
Membran
- 13a
- verstärkter Abschnitt
von 13
- 14a,b
- Durchbruch
- 15
- Aktuator
- 15a
- Elektromagnet
- 15b
- Bolzen
- 15c
- Achse
- 15d
- Gummilager
- 15e
- Scheibe
- 15f
- abragender
Abschnitt von 15b
- 16
- Pfeilrichtung:
Verlagerung von 15b