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Elastische Lagerung eines Antriebsaggregats
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Die Erfindung bezieht sich auf eine elastische Lagerung eines Antriebsaggregats
der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
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Um Schwingungen und Geräusche möglichst weitgehend vom Fahrgastraum
fernzuhalten, ist es im Automobilbau üblich, das Antriebsaggregat, d. h. die Brennkraftmaschine
oder die Brennkraftmaschinen-Getriebe-Einheit an karosseriefesten Teilen über elastische
Zwischenlager geringstmöglicher Steifigkeit abzustützen. Jedoch können diese elastischen
Lager nicht beliebig weich gemacht werden, weil sonst die Ausschläge des Antriebsaggregats,
d. h. seine Drehschwingungen um seine Längsachse, beim Beschleunigen (Gas geben)
sowie beim Verzögern (Gas wegnehmen) zu stark werden würden. Dies hätte nicht nur
eine starke Xomforteinbuße zur Folge, sondern würde unter Umständen auch zu Schwierigkeiten
mit der am Fahrgestell aufgehängten Abgasanlage führen.
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Ausgehend von einer elastischen Lagerung der im Oberbegriff des Patentanspruchs
1 genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, diese weiter zu verbessern
und insbesondere eo auszubilden, daß einerseits zur Fernhaltungvon Vibrationen und
Geräuschen eine möglichst weiche elastische Lagerung gewählt werden kann und andererseits
in der Beschleunigungsl sowie Verzögerungsphase des Antriebsaggregats
unangemessen
hohe Schwingbewegungen um die Aggregatelängsachse verhindert werden.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale-des
Patentanspruchs 1 gelöst. Es wird also zwischen Antriebsaggregat und karosseriefesten
Teilen ein Schwingungsdämpfer zwischengeschaltet, der im wesentlichen nur während
der Beschleunigungs- und Verzögerungsphasen des Antriebsaggregates wirksam ist und
dadurch die wirksame elastische Lagerung des Antriebsaggregates während dieser Phasen
versteift, so daß sich eine variable Dämpfung der Aggregateschwingungen ergibt.
Die eigentliche elastische Lagerung des Antriebsaggregats kann daher wesentlich
weicher ausgeführt werden als üblich.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wiedergegeben,
das anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert wird. In der Zeichnung
zeigen in schematischer Darstellung Figur 1 das elastisch gelagerte Antriebsaggregat
eines Kraftfahrzeuges mit einem daran angreifenden erfindungsgemäßen Schwingungsdämpfer
mit einer zugehörigen Steuervorrichtung zur Verstellung dessen Dämpferkraft und
Figuren 2 bis 4 verschiedene weitere mögliche Steuervorrichtungen zur Verstellung
der Dämpferkraft.
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In den Figuren sind lediglich die für das Verständnis der Erfindung
wesentlichen Bauelemente dargestellt. In Figur 1 ist das Antriebsaggregat eines
Kraftfahrzeuges, beispielsweise die Brennkraftmaschine oder aber auch eine Brennkraftmas¢hinen-Getriebe-Einheit
mit 1 beziffert und über sehr weiche elastische Lager 3 - z. B.
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Gummielemente oder Gummimetall-Elemente - mit karosseriefesten Teilen
2 verbunden. Die denkbaren Drehbewegungen des Antriebsaggregats um seine Längsachse
sind durch einen Pfeil angedeutet.
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Zusätzlich zu diesen sehr weichen elastischen Lagern 3 ist im Ausführungsbeispiel
ein zweiseitig wirkender Schwingungsdämpfer 4 vorgesehen, der einerseits am Antriebsaggregat
1 und andererseits ebenfalls an karosseriefesten Teilen 2 angreift. Erforderlichenfalls
können mehrere derartige Schwingungsdämpfer vorgesehen sein, die räumlich jeweils
so angeordnet sein müssen, daß sie für Schwingungen um die Längsachse des Antriebsaggregats
1 wirksam sind. Die Dämpferkraft dieses Schwingungsdämpfers 4 ist variabel, d. h.
sie kann zwischen einem hohen Wert und einem niedrigen Wert eingestellt werden.
Durch eine geeignete Steuervorrichtung wird sie so verstellt, daß sie bei stationärem
Betrieb, in dem das Antriebsaggregat im wesentlichen keine Schwingungen um seine
Längsrichtung ausführt, klein ist, so daß die sehr weiche elastische Lagerung des
Antriebsaggregats erhalten bleibt und damit übliche Vibrationen und Geräusche des
Antriebsaggregates von der Karosserie und insbesondere vom Fahrgastinnenraum ferngehalten
werden. Im instationären Betrieb, d. h. bei plötzlichen Lastwechseln des Antriebsaggregates
zur Beschleunigung (Gas geben) oder Verzögerung (Gas wegnehmen) des Fahrzeuges wird
durch die Steuervorrichtung selbsttätig eine große Dämpferkraft eingestellt, so
daß das Antriebsaggregat 1 daran gehindert wird, störend große Schwingungen um seine
Längsachse auszuführen. Während dieser - im allgemeinen nur kurzen - Betriebsphasen
wird somit die wirksame elastische Lagerung verhärtet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist als Schwingungsdämpfer ein in seiner Dämpferkraft verstellbarer hydraulischer
Dämpfer vorgesehen. Im Prinzip können jedoch auch andere Schwingungsdämpfer, beispielsweise
Reibungsdämpfer, eingesetzt werden.
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Plötzliche Lastwechsel - Beschleunigen/Verzögern - des Antriebsaggregates
werden durch entsprechende Veränderungen des Kraftstoff-Volumenstroms, d. h. durch
entsprechendes Verstellen des Kraftstoff-Vergasers bzw. der Kraftstoff-Einspritzpumpe
ausgelöst. Mit Vorteil
wird daher zur Erzielung der gewünschten
Abhängigkeit der Dämpferkraft des eingesetzten Schwingungsdämpfers direkt oder indirekt
die Verstellgeschwindigkeit des Kraftstoff-Verstellgeschwindigkeitsgliedes, d. h.
des Kraftstoff-Vergasers bzw.
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der Eraftstoff-Einspritspumpe, herangezogen, was im einzelnen später
noch erläutert wird.
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Die Dämpferkraft eines eingesetzten hydraulischen Dämpfers kann durch
einen den Flüssigkeitsfluß im Dämpfer beeinflussenden, über entsprechende Steuervorrichtungen
veränderbaren Drosselquerschnitt eingestellt werden. Der Drosselquerschnitt kann
mit Vorteil insbesondere durch ein an geeigneter Stelle in den Strömungsweg eingebautes
Drosselventil verändert werden. Im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 ist ein hydraulischer
Einrohrdämpfer vorgesehen, dessen Kolben mit 5 beziffert ist und nicht weiter dargestellte
Kolbenventile aufweisen kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine den Kolben
5 umgehende, von einem Endbereich zum anderen Endbereich des Dämpfers führende Nebenwegleitung
6 vorgesehen, in der ein verstellbares Drosselventil 7 eingebaut ist, so daß der
Querschnitt dieser Nebenwegleitung verändert werden kann. Man erkennt, daß die Dämpferkraft
dieses Dämpfers 4 bei geöffnetem Drosselventil gering sein wird, weil neben den
üblichen Kolbenventilen die als By-Pass wirkende Nebenwegleitung 6 wirksam ist so
daß die hydraulische Flüssigkeit beim Ein- und Austauchen des Kolbens 5 nicht nur
durch die Kolbenventile, sondernauch über diese Nebenwegleitungströmen kann. Wenn
das Drosselventil - beispielsweise über das Drosselventil-Retätigungsglied71 - stärker
oder sogar vollständig geschlossen wird, muß die hydraulische Flüssigkeit dagegen
beim Ein- und Aus tauchen des Kolbens ausschließlich über die Kolben ventile oder
über entsprechende Ringspalte strömen, mit der Folge, daß eine entsprechend große
Dämpferkraft wirksam ist. Es versteht sich, daß veränderbare Drosselquerschnitte
bzw. Drosselventile nicht in der dargestellten Weise innerhalb einer besonderen
Nebenwegleitung angeordnet sein müssen, sondern auch innerhalb des hydraulischen
Dämpfers selbst angeordnet sein können. Als Steuervorrichtung
zur
Verstellung des Drosselventils 7 kann zwischen dem Kraftstoff-Volumenstromregelglied
(z. B. Drosselklappe) und dem Drosselventil-Betätigungsglied 71 oder zwischen dem
Fahrgeschwindigkeits-Einstellglied (z. B. Gaspedal oder Handgashebel) und dem Drosselventil-Betätigungsglied
ein verstellgeschwindigkeitsabhängiges Kupplungsglied geschaltet werden, welches
das Drosselventil 7 beispielsweise gegen die Wirkung einer Federvorrichtung 10,
welche das Drosselventil in seiner Offenstellung hält, verstellt. Im Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 1 ist als Kupplungsglied ein zweiseitig wirkender hydraulischer Dämpfer
9 vorgesehen, der einerseits am Drosselventil-Betätigungsglied 71 und andererseits
am Fahrgeschwindigkeits-Einstellglied, d. h. am Gaspedal 8, angelenkt ist. Dieser
hydraulische Dämpfer besitzt eine verstellgeschwindigkeitsabhängige Dämpferkraft,
so daß bei hoher Verstellgeschwindigkeit des Gaspedals 8 eine hohe Dämpferkraft
und bei niedriger Verstellgeschwindigkeit des Gaspedals eine entsprechend niedrige
Dämpferkraft vorliegt, so daß dieser Dämpfer 9 bei höheren Verstellgeschwindigkeiten
des Gaspedals nahezu eine starre Verbindung und bei geringer Verstellgeschwindigkeit
eine entsprechend der geringeren Dämpferkraft nachgiebige Verbindung darstellt.
Wird daher das Gaspedal 8 zum Zwecke des Beschleunigens oder des Verzögerns des
Fahrzeuges bewegt, so wird das Drosselventil-Betätigungsglied 71 je nach Verstellgeschwindigkeit
des Gaspedals über den Dämpfer 9 mehr oder weniger stark verschwenkt. Die Federvorrichtung
10 wird dabei je nach Bewegungsrichtung des Gaspedals entweder zusammengedrückt
oder auseinandergezogen. Entsprechend der Auslenkung des Drosselventil-Betätigungsgliedes
71 wird der Schwingungsdämpfer 4 dabei mehr oder weniger stark verhärtet. Sobald
das Gaspedal 8 nicht mehr oder nur noch unwesentlich bewegt wird, was einen konstanten
Kraftstoff-Volumenstrom bedeutet, drückt bzw. zieht die Federvorrichtung 10 den
Kolben des Dämpfers 9 so weit zurück, bis das Drosselventil 7 wieder seine Ausgangsstellung
einnimmt und voll geöffnet ist. Dann besitzt der Schwingungsdämpfer 4 wieder seine
ursprünglich geringe Dämpferkraft, eo daß das Antriebsaggregat 1 weich ausschwingen
kann.
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Die Verhärtung des Schwingungsdämpfers 4 während der Beschleunigungs-bzw.
Verzögerungsphasen des Antriebsaggregates können selbstverständlich
auch
in anderer Weise erzielt werden. Beispielsweise ist es möglich, als Kupplungsglied
zur Verstellung des Drosselventil-Betätigungsgliedes 71 eine Anordnung zu verwenden,
wie sie beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist. In diesem Ausfffhrungsbeispiel
besitzt das Kupplungsglied eine Verstellbuchse 11 o. ä., welche am Drosselventil-Betätigungsglied
71 angelenkt ist. In der Verstellbuchse sind zwei voneinander unabhängige Elemmvorrichtungen
gelagert, die mit 12 beziffert sind. Jede Klemmvorrichtung besteht jeweils aus einer
Klemmrampe 13, die im Ausführungsbeispiel fest mit dem Übertragungsglied 81 zwischen
Gaspedal 8 und dem nicht weiter dargestellten Kraftstoff-Volumenstromregelglied
(Drosselklappe o. ä.) verbunden ist, sowie aus mindestens einem axial verschieblich
auf der Klemmrampe 13 gelagerten massenträgheitsbehafteten Klemmkörper 14, der -
wenn er auf der zugehörigen Klemmrampe 13 entlanggleitet - entsprechend radial verlagert
wird. Abweichend vom gezeigten Ausführungsbeispiel können die Klemmrampenbei entsprechender
räumlicher Anordnung der übrigen Elemente auch entweder mit dem Gaspedal 8 oder
dem Kraftstoff-Volumenstromregelglied verbunden sein.
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Die Klemmkörper 14 sind bei axial nicht beschleunigter Elemmvorrichtungunter
der Wirkung einer Hilfsfedervorrichtung 15 außer Eingriff mit der Verstellbuchse
11. Die beiden Klemmrampen 15 weisen einander entgegengerichtete Steigungen auf,
damit jeweils eine der beiden Klemmvorrichtungen beim Beschleunigen und die andere
beim Verzögern wirksam werden kann. Die Funktionsweise dieser Vorrichtung ist folgende.
Beim spontanen Betätigen des Gaspedals 8, d. h. beim Beschleunigen oder Verzögern,
werden die mit dem Ubertragungsglied 81 fest verbundenen Klemmrampen 13 je nach
Bewegungsrichtung des Gaspedals entweder nach rechts oder nach links beschleunigt.
Die auf diesen Klemmrampen gelagerten Klemmkörper 14 folgen dieser Beschleunigung
aufgrund ihrer Massenträgheit zunächst nicht, so daß zwischen Klemmrampe und zugehörigem
Klemmkörper eine axiale Relativbewegung auftritt, die an der einen Klemmvorrichtung
dazu führt, daß die Klemmkörper sich radial weiter nach innen bewegen und an der
anderen Klemmvorrichtung dazu, daß die Klemmkörper 14 radial nach außen gedrückt
werden und dabei an der Innenwandung der Klemmbuchse 11 zur Anlage kommen. Dadurch
ergibt sich über die Klemmkörper 14
und die Klemmrampe 13 eine
kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Übertragungsglied 81 einerseits und der
Verstellbuchse 11 sowie dem daran angelenkten Drosselventil-Betätigungsglied 71
andererseits, so daß dieses entsprechend der Gaspedalverstellung verschwenkt wird.
Die Verschwenkung des Drosselventil-Betätigungsgliedes hat - wie zuvor in Figur
1 - eine entsprechende Veränderung des Drosselquerschnitts des Schwingungsdämpfers
4 und damit eine entsprechende Verhärtung zur Folge. Bei zumindest annähernd stillstehendem
Gaspedal wird die kraftschlüssige Verbindung zwischen Verstellbuchse 11, Klemmkörper
14 und Klemmrampe 13 durch die Hilfsfedervorrichtung 15 wieder gelöst, so daß das
Drosselventil-Betätigungsglied 71 unter der Wirkung der an der Verstellbuchse 11
angreifenden Federvorrichtung 10 wieder in seine ursprüngliche Stellung - mit offenem
Drosselventil - zurückgeschwenkt wird. Aus Figur 2 ist leicht zu erkennen, daß beim
Beschleunigen die eine Klemmvorrichtung und beim Verzögern die andere Klemmvorrichtung
zur Wirkung kommt. Im wesentlichen ergibt sich durch diese Anordnung eine ähnliche
Funktionsweise wie durch die in Figur 1 gezeigte Anordnung.
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In den Figuren 3 und 4 sind beispielhaft zwei Vorrichtungen dargestellt,
mit denen die gewünschte verstellgeschwindigkeitsabhängige Variation der Dämpferkraft
des Schwingungsdämpfers 4 mit Hilfe elektrischer bzw. elektronischer Mittel realisiert
werden kann. In beiden Ausführungen ist eine die Verstellgeschwindigkeit des Kraftstoff-Volumenstromregelgliedes
erfassende elektrische bzw. elektronische Schaltung 16 vorgesehen, die in den Ausführungsbeispielen
unmittelbar am Gaspedal 8 angreift. Das elektrische Ausgangssignal dieser Schaltung
16 wird einem elektrischen Stellglied 17 - im Ausführungsbeispiel einem Elektromotor
- zugeführt, welches mit dem Drosselventil - Betätigungsglied 71 in Wirkverbindung
steht. Entsprechend der Höhe des elektrischen Ausgangssignals der elektronischen
Schaltung wird über das elektrische Stellglied 17 eine mehr oder weniger starke
von der Offenstellung abweichende Verstellung des Drosselventils 17 bewirkt. Im
Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist zur Erfassung der Verstellgeschwindigkeit
des Gaspedals 8 eine
Induktionsspule 17 o. ä. vorgesehen, deren
elektrisches Ausgangssignal über einen Verstärker 18 dem Stellmotor 19 zugeführt
wird. Durch entsprechende elektrische Schaltungsmaßnahmen ist dafür gesorgt, daß
der Stellmotor 19 bei nicht betätigtem bzw. bei nicht bewegtem Gaspedal wieder in
seine ursprüngliche Ruhelage zurückläuft und das Drosselventil-Petätigungsglied
71 in seine Offenstellung zurückführt, so daß die ursprünglich weiche Grunddämpfung
des Schwingungsdämpfers 4 wieder hergestellt ist. Die Funktionen des Drosselventils
7 und des elektrischen Stellmotors 19 können - beispielsweise in einem analog arbeitenden
Magnetventil -vereinigt werden.
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Figur 4 zeigt eine weitere mögliche Variante der Steuervorrichtung.
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Auch hier wird die Verstellgeschwindigkeit des Gaspedals und damit
die des Kraftstoff-Volumenstromregelgliedes elektrisch bzw. elektronisch erfaßt.
Zu diesem Zweck ist ein Potentiometer 20 vorgesehen, dessen Schleifer durch die
Betätigung des Gaspedals 8 verstellt wird. Die am Schleifer abgegriffene Spannung
des Potentiometer wird über ein Differenzierglied 21 einem Verstärker 18 zugeführt,
der wiederum ein elektrisches Stellglied 19 beaufschlagt. Über das Differenzierglied
21 wird aus dem zunächst wegabhängigen elektrischen Signal des Potentiometers ein
geschwindigkeitsabhängiges elektrisches Signal hergestellt.
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