DE4009995C3 - Verfahren zur schwingungsisolierenden Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit und Lagerung nach diesem Verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine schwingungsisolierende Lagerung einer Motor-Ge­ triebeeinheit für einen Verbrennungsmotor mit Kurbel­ welle in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Üblicherweise wird ein Kraftfahrzeugmotor oder ei­ ne Motor-Getriebeeinheit an drei Punkten gelagert, wobei dieses Lager die statische Last des Motors auf­ nehmen sowie auftretende Drehmomente abstützen müssen und darüberhinaus noch eine Schwingungsiso­ lierung bewirken sollen, um die Übertragung von Vibra­ tionen und akustischen Schwingungen zu minimieren. Zur Optimierung der Schwingungsisolation ist dabei beispielsweise aus der DE 38 08 762 A1 bekannt, die Traglager in Höhe des Schwerpunktes der Antriebsein­ heit anzuordnen und oberhalb und unterhalb davon nach beiden Seiten gerichtete Drehmomentstützen an­ zubringen, womit eine getrennte Abstimmbarkeit ein­ zelner Eigenschwingungsfrequenzen möglich sein soll. Eine solche Lagerung bringt zwar erhebliche Vorteile, insbesondere bezüglich einer geringeren Übertragung des Leerlaufschüttelns, ohne jedoch insgesamt optimal zu sein.

Eine ähnliche Lagerung ist aus der DE-OS 24 34 633 bekannt. Diese gilt allerdings nur für Drehkolbenmoto­ ren, bei denen andere Schwingungsverhältnisse vorlie­ gen und wobei nur die einzelnen Arten der auftretenden Schwingungen entkoppelt werden sollen. Dabei ist die Lagerung so angeordnet, daß bei Schwingungen um die x-Achse nur zwei Lager belastet sind und keine Verti­ kalschwingungen auftreten.

In der DE 33 40 152 A1 ist zwar eine Lagerung für Kolbenmotoren beschrieben, bei der die Lagerung in der Trägheitsachse liegt. Die zusätzlichen Drehmo­ mentstützen geraten aber unter Vorlast und verhärten dadurch in hohem Maße, so daß sich daraus ein schlech­ tes akustisches Übertragungsverhalten ergibt.

Bei der Analyse von Motorbewegungen und Motor­ schwingungen hat sich nämlich ergeben, daß es dafür im wesentlichen zwei Hauptrichtungen bzw. Hauptachsen gibt und zwar einmal die freie Leerlauf-Schwingungs­ achse, d. h. die Achse, um die der Motor im Leerlauf aufgrund der in ihm wirkenden Kräfte und Momente frei schwingen würde, wenn er nicht von außen gelagert und abgestützt wäre. Diese freie Leerlauf-Schwingungs­ achse deckt sich dabei nicht mit einer der Hauptträg­ heitsachsen der Motor-Getriebeeinheit, sondern liegt abhängig von der Lage der Kurbelwelle etwas im Win­ kel dazu versetzt und ändert ihre Lage auch geringfügig entsprechend der jeweiligen Drehzahl. Andererseits ist maßgebend die Richtung des statischen Momentes, d. h. praktisch die Richtung der Abtriebswelle zu den ange­ triebenen Rädern.

Grundsätzlich sind zwei konstruktive Konfiguratio­ nen der Zuordnung der Leerlauf-Schwingungsachse zur Richtung des statischen Momentes zu unterscheiden und zwar einmal, daß die Leerlaufschwingungsachse praktisch senkrecht zur Richtung des statischen Mo­ mentes verläuft, was bei vorderradangetriebenen Fahr­ zeugen mit längs eingebautem Motor oder bei hinter­ radangetriebenen Fahrzeugen mit quer eingebautem Motor vorliegt. Die andere Grundfiguration besteht darin, daß die Leerlauf-Schwingungsachse angenähert parallel zur Richtung des statischen Momentes verläuft, was bei vorderradangetriebenen Fahrzeugen mit quer eingebautem Motor oder bei hinterradangetriebenen Fahrzeugen mit längs eingebautem Motor der Fall ist.

In den Vortragsunterlagen Bürger/Dödlbecher "Einfluß der Motorlagerung auf das Schütteln des Motors im Leerlauf" wird eine Lagerung für eine quer eingebaute Motor- Getriebeeinheit beschrieben. Hierbei sind Hauptlager, die im wesentlichen die genannte sta­ tische Last tragen, in der Leerlauf-Schwingungs­ achse angeordnet. Zwei weitere Lager in der Fahrzeugmitte sollen die notwendige Verdrehsteifig­ keit um die Leerlauf-Schwingungsachse gewähr­ leisten. Diese Verdrehsteifigkeit ist so bemessen, daß die Rollbewegung um die Leerlauf-Schwin­ gungsachsen im wesentlichen ungehindert erfolgen kann.

Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, eine konkrete Lagerung anzugeben, mit der eine derar­ tige Motor-Getriebeeinheit optimal schwingungsiso­ liert gelagert werden kann, ohne daß irgendwelche La­ ger wesentlich verhärten, wobei insbesondere auch die Übertragung des sich besonders bei Dieselmotoren un­ angenehm bemerkbar machenden Leerlaufschüttelns praktisch vollständig unterbunden werden soll.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Lagerung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.

Durch diese drehweiche Lagerung der Motor-Getrie­ beeinheit um die Leerlauf-Schwingungsachse, d. h. wenn Schwingungen des Motors um diese Achse möglichst wenig behindert werden, ergibt sich damit eine optimale Isolation. Durch die drehsteife Abstützung des stati­ schen Momentes werden dagegen Bewegungen des Motors begrenzt. Grundsätzlich ist dabei zu beachten, daß eine Abstützung des statischen Momentes mög­ lichst wenig auch zu einer Abstützung der Leerlauf- Schwingungsachse führt, um damit die Drehschwingun­ gen des Motors um diese Achse möglichst wenig zu behindern.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Vorteilhaft verläuft der seitliche Abstand (b) unterhalb des Schwerpunktes der Motor-Getriebeeinheit.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Länge a des Radi­ us größer ist als die Länge jedes Tangentenabschnittes b zwischen Radiusendpunkt B und dem jeweiligen Lager­ punkt.

Dabei sollten die auf der Tangente liegenden Lager als Gummilager mit in tangentialer Richtung geringerer Steifigkeit als in radialer Richtung ausgebildet sein.

Es ist aber auch möglich, daß die auf der Tangente liegenden Lager als parallel zum Radius verlaufende und von der Tangente nach oben oder nach oben und unten gerichtete Pendelstützen ausgebildet sind.

Diese Pendelstützen können dabei Anschläge zur Be­ grenzung des Schwenkwinkels aufweisen.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise von prinzipiellen Ausführungsbei­ spielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zei­ gen:

Fig. 1 die Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit mit angenähert gleichgerichtetem Verlauf der Leerlauf-Schwingungsachse und Richtung des statischen Momentes,

Fig. 2 das Prinzip einer Lagerung auf einer Tangente zur Leerlauf-Schwingungsachse,

Fig. 3 das Prinzip einer gleichartigen Lagerung mit Pendelstützen,

Fig. 4 das Prinzip einer gleichartigen Lagerung mit einer Pendelstütze in Form einer Zug-Druck-Stütze mit Schwenkwinkelbegrenzung,

Fig. 5 eine Ausgestaltung einer solchen Pendelstüt­ zenlagerung an einer Motor-Getriebeeinheit,

Fig. 6 die Ausbildung einer Pendelstütze als Stab aus faserverstärktem Kunststoff.

Fig. 1 zeigt eine Lagerung für eine quer eingebaute Motor-Getriebeeinheit 10 bei einem vorderradange­ triebenen Fahrzeug.

Es handelt sich hierbei um eine Motor-Getriebeeinheit 10 mit einer Leerlauf-Schwingungsachse 14, zu der die Rich­ tung 15 des statischen Momentes nur eine geringe Win­ kelabweichung aufweist. Danach sind vom Punkt A auf der Leerlauf-Schwingungsachse 14 ausge­ hend im Radiusabstand a im Punkt B auf einer Tangente an diesen Radius jeweils im Abstand b die Gummilager 31 und 32 mit geringer Tangentialsteifigkeit und hoher Radialsteifigkeit angeordnet. Das angestrebte Prinzip, daß die Strecke a länger als jeder Hebelarm b ist, läßt sich hier gut verwirklichen, da auf der rechten Motorsei­ te im Bereich des Punktes A die Leerlauf-Schwingungs­ achse sehr hoch liegt.

Zusätzlich ist ein weiteres Gummilager 50 auf der Leerlauf-Schwingungsachse 14 vorgesehen. Die­ ses linke Gummilager 50 liegt in seiner Projektion in Richtung des statischen Momentes 15 auf dem Mittel­ punkt B der Verbindungslinie vom vorderen Motorla­ ger 31 zum hinteren Motorlager 32. Durch diese Anord­ nung wird erreicht, daß das linke Motorlager 50 keine Abstützung des von außen eingeleiteten Momentes übernimmt, da es in der Projektion auf der Mitte des maximalen Hebelarmes liegt. Es bildet somit einen zwei­ ten Drehpunkt, um den die Motor-Getriebeeinheit bei von außen eingeleiteten Momenten schwenkt. Gleich­ zeitig dient das Lager 50 zur Aufnahme anteiliger stati­ scher Lasten und Trägheitskräfte, z. B. bei Kurvenfahr­ ten, Bremsungen oder ähnlichem.

Durch seine Lage auf der Leerlauf-Schwingungsach­ se selbst führt dieses Lager 50 allein nicht zu einer Erhö­ hung der Drehsteifigkeit der Leerlauf-Schwingungsach­ seunterlast.

Durch die Projektionslage auf die Mitte des maxima­ len Hebelarmes wird ferner erreicht, daß kein Hebelarm zwischen diesem Lager 50 und der tangentialen Rich­ tung der anderen Lager 31 und 32 vorhanden ist, so daß ein eingeleitetes Moment nur durch die Radialsteifigkeit der beiden Lager 31 und 32 aufgenommen wird.

Steifigkeit und Steifigkeitsverhältnisse dieses Gum­ milagers 50 auf der Leerlauf-Schwingungsachse 14 sind relativ frei wählbar, ohne daß dadurch die Funktion des Lagerungsprinzips wesentlich beeinflußt würde. Auch eine Verschlechterung der akustischen Isolation durch ein Setzen dieses Lagers ist nicht zu befürchten.

Durch die Tatsache, daß nur ein Lagerpunkt auf der Leerlauf-Schwingungsachse liegt und die beiden ande­ ren nur eine spezielle geometrische Beziehung zu dieser Achse haben müssen, ist es damit ggf. auch möglich, ohne Änderung der Lagerpunkte verschiedene Trieb­ werke in ein- und denselben Fahrzeugkörper einzuset­ zen, da die Lagerungsfehler, die dann durch eine Ver­ schiebung der Leerlauf-Schwingungsachse auftreten, relativ geringfügig sind.

Fig. 2 zeigt ein Prinzipbild der patentgemäßen Lagerung.

Die Figur zeigt einen ebenen Schnitt durch die Motor-Getriebeeinheit, wobei diese Ebene senkrecht auf der Leerlauf-Schwingungsachse A verläuft. Damit stellt die Strecke A-B praktisch einen Radius auf die Leerlauf-Schwingungsachse und die vom Punkt B ausgehenden Streckenabschnitte von der Län­ ge b praktisch eine Tangente zur Leerlauf-Schwin­ gungsachse A im Abstand a dar, die in den beiden La­ gern 31 und 32 enden. Diese Gummilager 31 und 32 müssen, wie noch später erläutert wird, tangential eine geringe Federsteifigkeit, radial aber eine hohe Feder­ steifigkeit aufweisen.

Eine Drehung um die Leerlauf-Schwingungsachse A führt abhängig von den Längen a und b bei kleinen Winkeln hauptsächlich zu einer tangentialen Auslen­ kung der Gummilager 31 und 32. Ein von außen einge­ leitetes Moment, das im wesentlichen eine Drehung um den Punkt B bewirkt, belastet dagegen die Gummilager 31 und 32 in radialer Richtung, wobei diese Belastungs­ richtung wegen der hohen radialen Steifigkeit dieser Lager nur zu geringen Auslenkungen führt. Eine Dre­ hung um die Leerlauf-Schwingungsachse A wird somit bei einem statischen Moment nicht wesentlich behin­ dert, so daß auch hier eine Entkopplung von Dreh­ schwingungen um die Achse des statischen Momentes sowie um die Leerlauf-Schwingungsachse gegeben ist.

Bei dieser Anordnung nutzt man die Tatsache aus, daß die Schwingungen um die Leerlauf-Schwingungs­ achse, die geometrisch festgelegt ist, durch die tangen­ tiale Weichheit der Lager nur zu kleinen eingeleiteten Kräften führt, da eine Abstützung dieses Schwingmo­ mentes nicht notwendig ist, andererseits aber ein stati­ sches Moment zu einer radialen Belastung der Lager führt.

Die Richtungen der Kräfte in den Gummilagern, die einerseits durch statische, von außen eingeleitete Mo­ mente bedingt sind und der Wege unter Auslenkungen bei Schwingungen um die Leerlauf-Schwingungsachse, sind in den Gummilagern 31 und 32 um 90° versetzt. Dies gilt um so mehr, je größer das Längenverhältnis a zu b ist. b darf dabei aber nicht zu klein werden, weil dies den Hebelarm für die Abstützung des statischen Mo­ mentes darstellt.

Ein ähnliches Prinzipbild ist in Fig. 3 dargestellt. Hier­ bei sind jedoch die beiden Gummilager 31 und 32 aus Fig. 2 durch vier Pendelstützen 33 und 34 bzw. 35 und 36 ersetzt, die im Grunde dieselbe Aufgabe einer Weich­ heit in tangentialer Richtung und einer hohen Steifigkeit in vertikaler Richtung beinhalten.

Gemäß der Prinzipdarstellung nach Fig. 5 ist es aber auch möglich, die vier Pendelstützen nach Fig. 3 durch zwei Pendelstützen in Form von Zug-Druck-Stützen 60 und 61 zu ersetzen, die dann Zug- und Druckkräfte übertragen müssen. Dabei müssen die Schwenkwinkel durch entsprechende Anschläge 62 und 63 begrenzt werden.

Die prinzipielle Möglichkeit einer Anwendung des Prinzips aus Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt anhand eines vertikalen Schnittes durch eine Motor-Getriebeeinheit 10. Hierbei sei der Motor an einer Stelle, die den zu Fig. 2 ausgeführten Bedingungen entspricht, über seitli­ che Anlenkpunkte 37 und 38 an die vier Pendelstützen 33 und 34 bzw. 35 und 36 angeschlossen.

Zusätzlich ist dabei noch ein drittes Lager 39 unmit­ telbar im Zuge der Leerlauf-Schwingungsachse A erfor­ derlich, um den Motor stabil zu lagern, ohne daß dieses Lager aber zu einer Beeinflussung des vorstehend ge­ nannten Funktionsprinzipes der Lagerung des Motors in einer Tangente zur Leerlauf-Schwingungsachse führt.

Eine derartige Pendelstütze 33 kann dabei entspre­ chend der perspektivischen Ansicht nach Fig. 6 aus ei­ nem Stab 40 aus faserverstärktem Kunststoff bestehen, an den oben und unten über Gummischichten 41 und 42 Metallanschlüsse 43 und 44 zur Anbindung an die Fahr­ zeugkarosserie und mittig ebenfalls über Gummischich­ ten 45 anvulkanisierte Metallteile 46 zur Anbindung und Abstützung des Motors an den Lagerstellen 37 und 38 aus Fig. 5 vorgesehen sind. Ein solcher Stab weist eine hohe Federsteifigkeit in seiner vertikalen Ausrichtung und eine geringe Steifigkeit quer dazu auf, so daß damit die Funktion jeweils zweier Pendelstützen 33 und 34 bzw. 35 und 36 übernommen werden kann.

Mit dem beschriebenen Grundprinzip einer Motorla­ gerung in Bezug auf die Leerlauf-Schwingungsachse und die Richtung des statischen Momentes sowie einer anzustrebenden möglichst hohen Entkopplung bei den Drehsteifigkeiten mit dem Ziel, eine geringe Drehstei­ figkeit um die Leerlauf-Schwingungsachse und eine ho­ he Drehsteifigkeit um die Achse des statischen Momen­ tes zu erhalten, läßt sich eine Lagerung mit optimaler Schwingungsisolation erreichen. Dabei ist sicher eine so extreme Trennung der Aufgaben nicht immer zu erfül­ len, da an Motorlager noch zusätzliche Aufgaben ge­ stellt werden, wie z. B. die Aufnahme von Trägheitskräf­ ten beim Abbremsen oder Beschleunigen. Jedoch ergibt sich insgesamt eine erhebliche Verbesserung gegenüber bisher üblichen Lagerungen.

Claims (6)

1. Schwingungsisolierende Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit in einem Kraftfahrzeug, wobei der Motor als Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle ausgebildet ist und durch die Lagerung eine Entkopplung der Drehsteifigkeiten um die freie Schwingungssachse (sog. Torque-Roll-Achse) der Motor-Getriebe-Einheit im Leerlauf und um die Richtung des statischen Moments in dem Sinne erreicht wird, daß eine geringe Drehsteifigkeit um die freie Leerlauf-Schwingungsachse und eine hohe Drehsteifigkeit um die Richtung des statischen Moments erhalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei angenähert gleichgerichtetem Verlauf der Leerlauf- Schwingungsachse (14) und der Richtung des statischen Moments (15) die Motor-Getriebeeinheit (10) in einem Punkt (39, 50) des getriebeseitigen Astes der Leerlauf-Schwingungsachse (14) und in zwei weiteren, im Bereich des Motorblocks liegenden Punkten (31, 32; 37, 38) gelagert ist, die auf einer Tangente an einem senkrecht unterhalb der Leerlauf-Schwingungsachse (14) verlaufenden Radius (a) mit gleichem seitlichen Abstand (b) von diesem liegen.

2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der seitliche Abstand (b) unterhalb des Schwerpunktes der Motor-Getriebeeinheit (10) verläuft.

3. Lagerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge des Radius (a) größer ist als die Länge jedes seitlichen Abstands (b) zwi­ schen Radiusendpunkt B und jeweiligem Lager­ punkt (31, 32).

4. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf der Tangente liegenden Lager (31, 32) als Gummilager mit in tangentialer Rich­ tung geringerer Steifigkeit als in radialer Richtung ausgebildet sind.

5. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die auf der Tangente liegenden Lager als parallel zum Radius verlaufende und von der Tangente nach oben oder nach oben und unten gerichtete Pendelstützen (33, 34; 35, 36; 60, 61) aus­ gebildet sind.

6. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Pendelstützen (60, 61) Anschläge (62, 63) zur Begrenzung des Schwenkwinkels auf­ weisen.