DE3940541C2 - Aggregatlager für Kraftfahrzeuge mit einer Tragfeder nach Art einer Blattfeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Aggregatlager gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein gattungsgemäßes Aggregatlager ist aus der US-PS 1 975 910 in der Weise bekannt, daß die über Schäkel auf der Vorderachse des Fahrzeugs abgestützte mehrlagige Blattfeder in ihrem mittleren Bereich ein Gummi-Metall-Lager trägt, das so am Aggregat angreift, daß es vom Aggregat ausgeübten Dehmomenten entgegenwirkt. Die Tragfeder dient dabei primär der Aufnahme des Aggregatgewichts, während zur getrennten Aufnahme von vom Aggregat ausgeübten Momenten das beschriebene Gummi-Metall-Lager vorgesehen ist.

Die Erfindung befaßt sich demgegenüber mit einem anderen Problem, nämlich allgemein der Verbesserung der Schwingungsisolation zwischen dem Antriebsaggregat bzw. seiner Lagerung einerseits und dem Fahr­ zeugaufbau sowie dem Fahrwerk, also Letztlich der Fahrbahn, anderer­ seits.

Betrachtet man die Verhältnisse im Bereich des Antriebsaggregats eines Kraftfahrzeugs unter diesen Gesichtspunkten, so bewirken Unebenheiten der Fahrbahn, die über die Räder übertragen werden, Schwingungsanregungen vor allem im Frequenzbereich zwischen etwa 4 und 17 Hz, wobei das Maximum der Anregung je nach Fahrbahnbeschaf­ fenheit etwa zwischen 7 und 12 Hz liegt. Bei üblichen Aggregatlagern in Personenkraftwagen liegt die Eigenfrequenz des Schwingungssystems Aggregat-Aggregatlager in der Größenordnung von 8 bis 15 Hz, so daß infolge der Überschneidung der Frequenzbereiche von Erreger­ schwingung und Eigenfrequenz des Schwingungssystems periodische oder einmalige Unebenheiten der Fahrbahn Schwingungen des Systems Aggregat-Motorlager anregen. Diese Schwingungsanregung führt zu einer erheblichen Beeinträchtigung des Fahrkomforts, da die Schwin­ gungen in die Fahrzeugkarosserie übertragen werden.

Auch das Aggregat als solches ist ein Schwingungsanreger, indem es je nach seiner Drehzahl Körperschall im Frequenzbereich etwa zwischen 20 Hz und 10 kHz anregt.

Infolge der niedrigen Frequenz durch Unebenheiten in der Fahrbahn angeregter Schwingungen ist es praktisch unmöglich, eine hinreichende Schwingungsisolation durch Einsatz von gummiartigen, also elastomeren Materialien zu erzielen. Bei diesen niedrigen Frequenzen, etwa unterhalb 8 Hz, werden diese Materialien so weich, daß unter den auftretenden hohen statischen und dynamischen Lasten die Körper­ schallisolation zusammenbricht und die Aggregatfestlegung durch diese Lager nicht mehr sicher ist. Günstiger verhalten sich luftge­ stützte Gummilager, deren Technik jedoch aufwendig ist. Es ist auch bekannt, zusätzliche Stoßdämpfer einzusetzen, die jedoch ebenfalls einen zusätzlichen Aufwand bedingen.

Ein gattungsgemäßes Aggregatlager offenbart das DE-GM 69 03 301, bei der die Entkopplung der durch die Fahrbahnunebenheiten induzier­ ten Schwingungen von den Anregungsfrequenzen des Aggregats durch einen zwischen dem Fahrzeugrahmen und dem Aggregat elastisch gela­ gerten Hilfsrahmen bewerkstelligt wird. Dieser Hilfsrahmen steht wieder­ um mit dem Aggregat über einen Stoßdämpfer in Verbindung, so daß Nickbewegungen des Aggregats unterbunden werden, ohne die weiche Aggregatlagerung über den Hilfsrahmen aufzuheben. Die relevanten Fe­ der-/Masse-Einheiten dieses Lagersystems sind jedoch einer Reso­ nanzfeinabstimmung nicht zugänglich.

Das DE-GM 84 10 997, B60K 5/12, beschreibt eine Aggregatlagerung mit einem steifen Querträger, auf dem sich über ein elastisches Lagerelement das Aggregat abstützt. Dabei ist die Konstruktion so ausgelegt, daß der Querträger einen Schwingungstilger für die Schwingungen des Antriebsaggregats bildet. Die Abstimmung so, daß durch den Schwingungstilger sowohl von der Fahrbahn her als auch von der Brennkraftmaschine her angeregte Schwingungen, die, wie oben erläutert, frequenzmäßig weit auseinanderliegen können, wirksam bekämpft werden, ist aber kritisch.

Schließlich beschreibt die EP 0 108 875 B1, B60K 5/12, einen Träger zur Aggregataufhängung, der einstückig aus einem Faserverbundwerk­ stoff aus mehreren Lagen besteht, die unterschiedliche Faserorientie­ rungen aufweisen. Dadurch soll eine Zusammenfassung der üblicherweise getrennten Metallteile und Gummiteile eines Aggregatlagers geschaffen werden. Wie sich aber gezeigt hat, läßt sich mit einer derartigen Konstruktion keine ausreichende Körperschallisolation erzielen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Aggregatlager so auszulegen, daß die Anregung den Fahrkomfort beeinträchtigende Schwingungen sowohl durch Unebenheiten der Fahrbahn als auch durch die Arbeitsweise des Aggregats zumindest weitgehend unterbunden ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeich­ nenden Merkmalen des Patentanspruchs 1, vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

Durch die tieffrequente Abstimmung der Tragfeder, also die unterkri­ tische Abstimmung des Schwingungssystems Aggregat-Tragfeder, können Unebenheiten der Fahrbahn Schwingungen dieses Systems nicht anregen, da die Anregungsfrequenzen im Schwingungsisolationsbereich liegen. Da das Aggregat beim Hochfahren bzw. Abschalten kurzzeitig auch die niedrige Eigenfrequenz des Schwingungssystems Aggregat-Tragfeder durchfährt und diese Frequenz auch bei einzelnen Schlaglöchern in der Fahrbahn gelegentlich angeregt werden kann, ist es zweckmäßig, gemäß Patentanspruch 2 der Tragfeder körperschallisolierende An­ schläge zur Begrenzung ihrer Resonanzüberhöhungsamplitude zuzuordnen. Das Schwingungssystem Aggregat-Gummi-Metall-Lager ist demgegenüber bezüglich der Anregungsfrequenzen von Fahrbahnunebenheiten überkri­ tisch abgestimmt, d. h. seine Resonanzfrequenz liegt beispielsweise bei 17 Hz, während die Resonanzfrequenz des ersterwähnten Schwin­ gungssystems beispielsweise bei 5 Hz liegt, wenn ein Anregungs- Frequenzbereich von 7-12 Hz zugrundegelegt wird. Im Ergebnis haben also Fahrbahnunebenheiten praktisch keine Rückwirkung auf Bewegungen des Antriebsaggregats.

Auch Schwingungsanregungen von dem Antriebsaggregat her wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen entgegengewirkt: Infolge der überkri­ tischen Abstimmung des Schwingungssystems Aggregat-Lager können Schwingungen im Bereich der individuellen Resonanzfrequenz des Gummi-Metall-Lagers, beispielsweise bei 15 Hz, praktisch nicht angeregt werden. Außerdem ergibt die erfindungsgemäße Reihenschaltung von Gummi-Metall-Lager, Tragfeder und weiteren Gummi-Metall-Lagern einen erheblichen Gewinn an Körperschallisolation.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Vorderansicht des erfindungsgemäßen Aggregatlagers,

Fig. 2 eine Draufsicht,

Fig. 3, 4 u. 5 die in den Fig. 1 und 2 durch römische Bezugszeichen gekennzeichneten Schnitt­ ansichten und

Fig. 6 den Verlauf des Verstärkungsfaktors V bzw. des Isoliergrads I über der Frequenz f.

Betrachtet man zunächst die in den Fig. 1 bis 5 wiedergegebene Konstruktion, so stützt sich das nicht dargestellte Antriebsaggre­ gat des Fahrzeugs über das Gummi-Metall-Lager 1 auf der Tragfeder 2 ab, und zwar im mittleren Bereich derselben, während ihre Enden über in diesem Ausführungsbeispiel vier weitere Gummi-Metall-Lager 3, 4, 5 und 6 an Teilen des Fahrzeugrahmens abgestützt sind. Wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich, dienen die beiden weiteren Lager 4 und 6 zugleich zur starren Halterung eines Kühlerträgers 7, auf dem also im eingebauten Zustand der Kühler der Brennkraftmaschine montiert ist, an Längsträgern des Fahrzeugrahmens.

Dieser Kühlerträger 7 hat aber auch eine Funktion im Rahmen der Aggregatlagerung, nämlich indem er eine Anschlaganordnung 8 trägt, die zur Begrenzung von Schwingungsamplituden der Tragfeder 2 dient. Wie aus Fig. 4 ersichtlich, gehen von dem Kühlerträger 7 ein oberer und ein unterer Anschlagarm 9 bzw. 10 aus; beide Arme tragen sich gegenüberstehende Puffer 11 und 12 aus elastischem Material, die die Tragfeder 2 zwischen sich einschließen. Dadurch ist auch bei relativ großen Schwingungsamplituden der Tragfeder 2 und demgemäß Wirksamwerden der Anschlaganordnung 8 eine gute Körperschallisolation gewährleistet.

Dieser Körperschallisolation dienen auch die weiteren Gummi-Metall- Lager 3 bis 6, deren Aufbau für das Lager 4 in Fig. 3 im Schnitt dargestellt ist: Der elastische Block 13 des Lagers 4 ist in die Ausnehmung 14 in der Tragfeder 2 eingeknöpft und wird von dem Gewindebolzen 15 durchsetzt, der an den sich gegenüberliegenden Stirnseiten des Blocks 13 Verbindungen mit dem Rahmen 16 des Fahr­ zeugs und dem Kühlerträger 7 herstellt. Bei 17 erkennt man eine Distanzbuchse.

Die Tragfeder 2 kann in unterschiedlicher Weise und aus unterschied­ lichen Materialien aufgebaut sein. So können Tragfedern aus Metall oder Verbundwerkstoffen auch in mehrlagiger Ausführung Verwendung finden. Fig. 5 zeigt einen Schnitt durch eine Tragfeder 2, die aus mehreren, durch Gummi- oder Kunststoff-Zwischenschichten 18 elastisch verbundenen Federlagen 19, beispielsweise aus Metall, zusammengesetzt ist. Die Zwischenschichten 18 bewirken eine schub­ elastische Verbindung der Federmaterialschichten 19.

Die bei dieser beschriebenen Konstruktion vorliegenden beiden Schwingungssysteme, nämlich Aggregat-Tragfeder 2 und Aggregat-Gummi- Metall-Lager 1, sind in der oben erläuterten Weise unter- bzw. überkritisch abgestimmt. Daraus resultiert das nunmehr anhand Fig. 6 erläuterte Verhalten des Aggregatlagers:

In dem Diagramm nach Fig. 6, das den Verstärkungsfaktor V und den Isoliergrad I über der Frequenz f zeigt, sind drei Frequenzen besonders hervorgehoben. In diesem Beispiel besitzt die Tragfeder 2 eine Resonanzfrequenz vom 4 Hz, das Gummi-Metall-Lager 1 für sich eine Resonanzfrequenz von 17 Hz (so daß übliche elastische Materia­ lien unter Wahrung einer guten Körperschallisolation eingesetzt werden können), und die durch Unebenheiten der Fahrbahn angeregten Schwingungen Liegen oberhalb 7 Hz, beispielsweise im Bereich von 7 bis 12 Hz.

Infolge der niedrig gewählten Resonanzfrequenz der Tragfeder 2 (dadurch kann das Lager 1 eine höhere Resonanzfrequenz, hier 17 Hz, erhalten) besteht an sich die Möglichkeit einer Schwingungsanregung der Tragfeder und damit der bei 30 angedeuteten Resonanzüberhöhung. Durch die Anschlaganordnung 8 wird diese Schwingungsamplitude gemäß Kurve 31 begrenzt.

Infolge der tieffrequenten Abstimmung der Tragfeder 2 und der dadurch erzielten unterkritischen Abstimmung des Schwingungssystems Aggregat-Tragfeder liegt die Anregungsfrequenz von 7 Hz bereits im Isolationsbereich. Durch diese erfindungsgemäße Abstimmung wird gleichsam der durch Schraffur hervorgehobene Teil des Isola­ tionsbereichs "gewonnen". Dies bedeutet, daß durch Unebenheiten der Fahrbahn hervorgerufene Anregungen praktisch nicht zur Anregung von Aggregatschwingungen führen. Infolge der überkritischen Abstim­ mung des Systems Aggregat-Gummi-Metall-Lager 1 in Bezug auf die Anregungsfrequenz durch Fahrbahnunebenheiten, also auf eine oberhalb 12 Hz liegende Frequenz, liegt auch die Resonanzfrequenz des Lagers 1 (hier 17 Hz) im Isolationsbereich. Man erkennt, daß die entsprechende Schwingungsamplitude unterhalb des Ordinatenwerts 1,0 liegt.

Mit der Erfindung ist demgemäß ein gattungsgemäßes Aggregatlager geschaffen, bei dem von Unebenheiten der Fahrbahn ausgehende Schwin­ gungsanregungen gleichsam vom Aggregat ferngehalten werden und das eine ausgezeichnete Körperschallisolation sicherstellt.

Claims (6)

1. Aggregatlager für Kraftfahrzeuge mit einer quer angeordneten, mit ihren Enden am Fahrzeug abgestützten Tragfeder nach Art einer Blattfeder und einem an dieser in einem mittleren Bereich derselben abgestützten, am Aggregat angreifenden Gummi-Metall- Lager, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Tragfeder (2) über weitere Gummi-Metall-Lager (3-6) abgestützt sind sowie das Schwingungssystem Aggregat-Tragfeder (2) bezüglich der Anregungsfrequenzen von Fahrbahnunebenheiten eingeleiteter Schwingungen unterkritisch, dagegen das Schwingungssystem Aggregat-Gummi-Metall-Lager (1) bezüglich dieser Anregungsfre­ quenzen überkritisch abgestimmt ist.

2. Aggregatlager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragfeder (2) körperschallisolierende Anschläge (8) zur Begrenzung ihrer Resonanzüberhöhungsamplitude (30) zugeordnet sind.

3. Aggregatlager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschläge (8) an einem Kühlerträger (7) angeordnet sind.

4. Aggregatlager nach einem er Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Tragfeder (2) aus mehreren schubelastisch verbundenen (18) Federmateriallagen (19) besteht.

5. Aggregatlager nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Gummi-Metall-Lager (3-6) zugleich zur Befestigung des Kühlerträgers (7) am Fahrzeug dienen.

6. Aggregatlager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Gummi-Metall-Lager (3-6) einen Block (13) aus gummielastischem Material enthalten, der in eine Ausnehmung (14) in der Tragfeder (2) eingeknöpft und von einem Bolzen (15) durchsetzt ist, der an einander gegenüberliegenden Stirnseiten des Blocks (13) an einem Träger (16) des Fahrzeugs und an dem Kühlerträger (7) angreift.