DE4141332C2 - Umschaltbares Lager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein umschaltbares Lager, nach dem Oberbegriff von An­ spruch 1.

Ein solches Lager ist aus der JP-A-3-92639 bekannt. Das vorbekannte Lager soll leerlaufbedingte Schwingungen und damit verbundene Geräusche im Innen­ raum eines Kraftfahrzeugs verhindern. Dazu ist es vorgesehen, daß die Länge einer Durchtrittsöffnung zwischen Arbeitsraum und Ausgleichsraum während des Betriebs des Kraftfahrzeugs bei abgenommenen Dach veränderbar ist und zwar derart, daß die Öffnung während der Fahrt vergleichsweise länger ist, als beim Betrieb des Motors mit Leerlaufdrehzahl. Um die Öffnung, die die Form ei­ nes Dämpfungskanals aufweist, in ihrer Länge den jeweiligen Betriebsbedin­ gungen der Verbrennungskraftmaschine anpassen zu können, ist ein schaltba­ res Ventil vorgesehen, das durch eine Kontrolleinrichtung und einen Unter­ druckversteller ansteuerbar ist. Bei geschlossenem Dach ist ein weiches Motor­ lager gewünscht. Das schaltbare Ventil, das durch einen Kolben gebildet ist, ist mit einem Ventilsitz, der einen Teil des Gehäuses bildet, bedarfsweise in Eingriff bringbar. Die Abdichtung in diesem Bereich ist problematisch, da eine be­ friedigende Abdichtung nur durch hohe Oberflächengüten und sehr geringe Toleranzen erreichbar ist. Außerdem kommt es bei Betätigung des Ventils zu unerwünschten Anschlaggeräuschen.

Aus der EP-OS-0 173 273 ist ein Lager bekannt, bei dem eine Verbindungsöff­ nung, die zentral innerhalb der Trennwand angeordnet ist, durch eine Ver­ schlußplatte bedarfsweise freigegeben bzw. verschlossen werden kann. Zur Erzielung einer möglichst hochgradigen Dämpfung ist die zentrale Durchbre­ chung der Trennwand durch die Platte verschlossen und der Ausgleichs- und Arbeitsraum stehen nur über einen Drosselkanal miteinander in Verbindung.

Zur Verbesserung der Isolierung hochfrequenter Schwingungen gibt die Ver­ schlußplatte die Ausnehmung in der Trennwand frei. Dabei ist allerdings zu be­ achten, daß bei dieser Ausgestaltung ein separates Betätigungsmittel in Form eines Pneumatikzylinders benötigt wird, was sowohl bezüglich der Baugröße des Lagers als auch in wirtschaftlicher und fertigungstechnischer Hinsicht we­ nig befriedigend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Lager der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich bei guter Dämpfung tieffrequenter Schwin­ gungen und ausgezeichneten Isolationseigenschaften bezüglich hochfrequenter Schwingungen eine einfachere Bauform und eine in wirtschaftlicher Hinsicht kostengünstigere Herstellbarkeit ergibt, bei absolut dichter Verbindung zwi­ schen Durchtrittsöffnung und Kolben und geräuschfreier Schaltbarkeit.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteran­ sprüche Bezug.

Zur Lösung der Aufgabe ist es vorgesehen, daß die Trennwand eine zentral durchgehende Durchtrittsöffnung aufweist sowie in axialer Richtung zweiteilig ausgeführt und gitterartig durchbrochen ist und nur im Bereich der gitterartigen Struktur eine kreisringförmige und in axialer Richtung schwingfähige Membran um­ schließt, daß der Kolben in zumindest einem Teilbereich seiner axialen Er­ streckung von zumindest einer ringförmigen Schubfeder aus gummielastischem Werkstoff dichtend umschlossen ist, daß die Schubfeder auf einem relativ zum Gehäuse ortsfesten Widerlager abgestützt ist und daß die Rollmembran, der Wulst und die Schubfeder einstückig ineinanderübergehend ausgebildet sind.

Hierbei ist von Vorteil, daß die Stelleinrichtung in das Gehäuse des Lagers inte­ griert ist, daß das Lager einen einfachen Aufbau aufweist und die benötigten Bauteile weitestgehend zusammen mit den Lagerbauteilen, die ohnehin benötigt werden, hergestellt werden können. Das Lager und die Stelleinrichtung weisen aus Resonanzgründen ein möglichst geringes Eigengewicht auf und sind kosten­ günstig herstellbar. Die vergleichsweise einfache Betätigung der Stelleinrichtung sowie die kompakten Abmessungen und das geringe Gewicht des erfindungsgemäßen Lagers machen eine breite Anwendung, beispielsweise als Motorlager in preiswerten Kraftfahrzeugen möglich. Bei einer einstückigen Ausgestaltung der Rollmembran mit dem stopfenartigen Wulst ist die ver­ gleichsweise einfache Herstellbarkeit und absolute dichte Verbindung zwischen den Teilen von Vorteil. Außerdem ist von Vorteil, daß der stopfenartige Wulst, der aus dem gleichen Material bestehen kann, wie die Rollmembran, bei An­ schlagbewegungen an die Trennwand und einem Verschließen der Durch­ trittsöffnung keine Anschlaggeräusche verursacht, die sich in das angeschlos­ sene Bauteil fortpflanzen könnten. Zu einer weiteren Reduzierung der Anschlag­ erschütterungen/Anschlaggeräusche können die Durchtrittsöffnung und/oder der stopfenartige Wulst verschiedenartig ausgebildet sein, so daß ein allmähli­ ches Verschließen ermöglicht wird.

Hochfrequente Schwingungen mit kleinen Amplituden werden durch die Aus­ gestaltung der Trennwand und der darin angeordneten Membran auch dann iso­ liert, wenn der stopfenförmige Wulst die Durchtrittsöffnung durch die Trenn­ wand verschließt. Vergleichbar ist die Funktion des Lagers dann mit Hydrola­ gern, die allgemein bekannt sind. Durch das Freigeben der Durchtrittsöffnung in der Trennwand kann die Dämpfung im niederfrequenten Bereich ausgeschaltet werden und ein Tilger, beispielsweise im Bereich zwischen 20 und 100 Hz eingestellt werden.

Die Schubfeder, die eine Rückstellfeder bildet, bedingt, daß die Druckbeauf­ schlagung der Steuerdruckdose nur für einen Betriebszustand erfolgen muß. Damit besteht die Möglichkeit, daß die Schubfeder den Kolben im nichtdruckbe­ aufschlagten Zustand gegen die Durchtrittsöffnung in der Trennwand fährt und diese verschließt oder die Durchgangsöffnung freigibt.

Durch die einstückig ineinanderübergehende Ausgestaltung von Rollmembran, Wulst und Schubfeder, ist eine besonders einfache Herstellung des Lagers mög­ lich.

Die Steuerdruckdose ist mit einem Pneumatikanschluß versehen und in Abhän­ gigkeit der jeweiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles mit Überdruck oder Unterdruck beaufschlagbar. Die Beaufschlagung mit Überdruck bietet sich insbesondere dann an, wenn an das Lager angrenzende Maschinenelemente, wie beispielsweise Hydraulikzylinder, ohnehin mit Überdruck beaufschlagt wer­ den müssen und an eine Druckverteilereinrichtung angeschlossen sind. Eine Beaufschlagung der Steuerdruckdose mit Unterdruck kann insbesondere im Bereich von Kraftfahrzeugen mit Ottomotoren von Vorteil sein, da Unterdruck aus dem Saugrohr bzw. einem daran angeschlossenen Druckspeicher zumeist problemlos verfügbar ist.

Zur Verbesserung der Gebrauchsdauer können die Rollmembran und/oder die Schubfeder eine Gewebearmierung aufweisen. Dies ist insbesondere in den Be­ reichen sinnvoll in denen sich die Dicke des Materials stark verändert, bei­ spielsweise im Übergangsbereich zwischen der Rollmembran und dem stopfen­ förmigen Wulst und dem Übergang zwischen der Halterung der Rollmembran zwischen Trennwand und Gehäuse und der dünn ausgebildeten Begrenzungs­ wand.

Dem Kolben und/oder dem Gehäuseboden können Anschlagpuffer zur Begren­ zung von Extremauslenkungen des Kolben relativ zum Gehäuse zugeordnet sein. Ein weiterer Vorteil der Anschlagpuffer ist darin zu sehen, daß die Schubfeder und die Anschlagpuffer derart miteinander funktionieren, daß Re­ sonanzschwingungen der Stelleinrichtung zuverlässig vermieden werden kön­ nen. Die Schubfedern können beispielsweise derart ausgestaltet sein, daß die Anschlagpuffer dadurch unter axialer Vorspannung kraftbeaufschlagt werden, und sich an einem Widerlager, das Bestandteil des Gehäuses sein kann, anle­ gen.

Um eine gute Beweglichkeit der Stelleinrichtung in axialer Richtung zu gewähr­ leisten und möglichst geringe Betätigungskräfte, ist es vorgesehen, daß der in axialer Richtung zwischen der Rollmembran und der Steuerdruckdose gebildete Hohlraum zumindest eine zur Atmosphäre hin offene Entlüftungsöffnung auf­ weist.

Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnungen weiter verdeutlicht. In den Ausführungsbei­ spielen der Fig. 1 bis 7 sind die zu berücksichtigenden Einzelkomponenten in geschnittener Darstellung gezeigt. In den Fig. 1, 2, 5, 6 und 7 ist jeweils ein Ausführungsbeispiel eines umschaltbaren Lagers gezeigt, dessen Steuer­ druckdose mit Unterdruck beaufschlagbar ist.

In den Fig. 3 und 4 ist die Steuerdruckdose mit Überdruck beaufschlagbar.

Die in den Fig. 1 bis 7 dargestellten Lager sind als Motorlager ausgestaltet. Die umschaltbaren Lager umfassen ein topfförmiges Gehäuse 1, bei dem die Öffnung durch ein ringförmig ausgebildetes Federelement 2 verschlossen ist. Innerhalb des Lagers ist eine Trennwand 5 angeordnet, die eine zentrale Durch­ trittsöffnung 4 aufweist und in axialer Richtung einerseits mit dem Federelement 2 einen Arbeitsraum 6 und in axialer Richtung andererseits mit einer be­ nachbarten Rollmembran 13 einen Ausgleichsraum 7 begrenzt. Der Arbeitsraum 6 und der Ausgleichsraum 7 sind flüssigkeitsgefüllt, wobei zumeist Wasser mit einem Gehalt an Frostschutz zur Anwendung gelangt. Der Arbeitsraum 6 und der Ausgleichsraum 7 sind flüssigkeitsleitend miteinander verbunden. Der kreisringförmige Dämpfungskanal 16, der innerhalb der Trennwand 5 angeord­ net ist, bedingt die Dämpfung tieffrequenter Schwingungen mit großen Ampli­ tuden. Die Länge sowie der Querschnitt des Dämpfungskanals 16 sind den je­ weiligen Gegebenheiten des Anwendungsfalles anzupassen, was dem mit der Abstimmung betrauten Fachmann keine Schwierigkeiten bereitet. Die Stellein­ richtung 9 ist in diesen Fällen pneumatisch betätigbar und innerhalb des Lagers angeordnet. Auch eine hydraulische Betätigung des umschaltbaren Lagers wäre denkbar, gestaltet sich allerdings komplizierter als die pneumatische Betätigung. Die Trennwand 5 der Lager nach den Fig. 1 bis 7 ist in axialer Richtung zweiteilig ausgeführt und gitterartig durchbrochen und umschließt in diesem Be­ reich eine kreisförmige Membran 15.

Zur Funktion der Lager ist folgendes auszuführen:
Ist die Durchtrittsöffnung 4 innerhalb der Trennwand 5 durch den stopfenförmi­ gen Wulst 14, der mit dem Kolben 8 verbunden ist, verschlossen, arbeitet das erfindungsgemäße Lager wie ein bekannt abgestimmtes Motor- und Fahrwerks­ lager, so daß niederfrequente Schwingungen großer Amplituden durch Flüssig­ keitsverlagerungen innerhalb des Dämpfungskanals 16 gedämpft werden und hochfrequente Schwingungen mit kleinen Amplituden durch die innerhalb der Trennwand angeordnete, axial bewegliche Membran gut isoliert werden kön­ nen. Eine Umschaltung des Lagers bewirkt ein Freigeben der Durchtrittsöffnung 4, so daß die Dämpfung im niederfrequenten Bereich ausgeschaltet werden kann und beispielsweise auch darüber hinaus ein Tilger im Bereich zwischen 20 und 100 Hz eingestellt werden kann. Diese Funktion bedingt eine verbesserte Isolierung hochfrequenter Schwingungen.

In Fig. 1 wird das erfindungsgemäße Lager durch Unterdruck betätigt. Die Steuerdruckdose 10, die mit einem Pneumatikanschluß 12 versehen ist, kann beispielsweise mit einem Unterdruckspeicher verbunden sein, der mit einer Motorsteuerung einer angrenzenden Verbrennungskraftmaschine signalleitend verbunden ist. Das hier dargestellte Lager ist ohne Unterdruckbeaufschlagung gezeigt. Bei Unterdruckbeaufschlagung bewegt sich die Stelleinrichtung 9 in Richtung der Durchtrittsöffnung 4 der Trennwand 5. Durch den im Vergleich zum Atmosphären-Druck relativen Unterdruck innerhalb der Steuerdruckdose 10 bewegt sich der Kolben 8, an dem die zweite Ringmembran 11 dichtend befestigt ist gegen den Widerstand der Schubfeder 17, bis der stopfenartige Wulst 14 mit der Durchtrittsöffnung 4 in Eingriff ist. Sollte zur Schwingungsisolierung der oben beschriebene Tilgereffekt benötigt werden, muß die Öffnung der Trennwand 5 axial rohrartig verlängert werden.

Eine im wesentlichen gleiche Funktion weist das Lager gemäß Fig. 2 auf. Die Unterschiede zu dem bereits beschriebenen Lager bestehen in einer abweichend ausgestalteten zweiten Ringmembran 11, die ähnlich wie die Schubfeder 17 ebenfalls federnd ausgelegt sein kann, wobei die Federn an sich kompakter ausgeführt werden können und im einzelnen geringere Abmessungen aufwei­ sen. Außerdem ist der Anschlagpuffer 19 in diesem Beispiel in den Gehäuse­ boden eingeknöpft, was in fertigungstechnischer Hinsicht von Vorteil und von hervorzuhebender Bedeutung ist.

In den Fig. 3 und 4 sind erfindungsgemäß Lager dargestellt, deren Steuer­ druckdosen 10 über Pneumatikanschlüsse 12 mit Überdruck beaufschlagbar sind. In den hier dargestellten Positionen befinden sich die Schubfedern 17 in weitgehend entspanntem Zustand und die Steuerdruckdosen 10 sind nicht mit Überdruck beaufschlagt. Bei Beaufschlagung der Steuerdruckdosen 10 mit Überdruck bewegt sich der Kolben 8 entgegen der Rückstellkraft der Schubfe­ der 17 in Richtung Geschlossenstellung der Durchtrittsöffnung 4, bis der stop­ fenartige Wulst 14 die Trennwand 5 im Bereich der Durchtrittsöffnung 4 dich­ tend berührt. Die Funktion des Lagers entspricht dann der eines bekannten Hy­ drolagers. In Fig. 4 ist die Stellung "Durchtrittsöffnung 4 geschlossen" für die zweite Ringmembran 11 mit gestrichelten Linien gezeigt.

Die in den Fig. 5 bis 7 gezeigten Lager sind durch Unterdruckbeaufschla­ gung betätigbar. Die Membran 15 ist in Fig. 5 in radialer Richtung einerseits unter axialer Vorspannung innerhalb der Trennwand 5 angeordnet und in einem kreisringförmigen Bereich mit einem axialen Abstand benachbart. Die Isolierung hochfrequenter Schwingungen ist dadurch gewährleistet. Zur Beeinflussung des Tilgereffektes bei geöffneter Durchtrittsöffnung 4 weist die Durchtrittsöffnung eine axiale Länge auf, die höchstens doppelt so groß ist, wie deren Durch­ messer. Die zweite Ringmembran 11, die in diesem Beispiel, ähnlich wie in Fig. 2, als Schubfeder gestaltet ist, ist einstückig mit den Anschlägen 19 ausge­ bildet, die auch im geöffneten Zustand der Durchtrittsöffnung 4 unter leichter axialer Vorspannung am Gehäuseboden 3 anliegen. Bei Beaufschlagung der Steuerdruckdose 10 mit Unterdruck bewegen sich der Kolben 8 und der stop­ fenartige Wulst 14 in Richtung der Durchtrittsöffnung 4, bis verschlossen ist.

Die in Fig. 6 dargestellte Ausführungsform entspricht im wesentlichen der Ausführungsform aus Fig. 1, wobei der Anschlagpuffer 19 in den Gehäuse­ boden 3 des Gehäuses 1 eingeknöpft ist. Zusätzlich zu den bisher beschriebe­ nen Ausgestaltungsbeispielen ist im Bereich der axialen Begrenzung des Kolbens 8 auf der der Trennwand 5 zugewandten Seite ein topfförmig ausgebilde­ tes Dämpfungselement angeordnet, das einstückig mit dem Wulst 14 ausge­ bildet ist und die Axialbewegung des Kolbens 8 bei Annäherung an ein im Ge­ häuse 1 angeordneten Anschlagblech in Richtung der Durchtrittsöffnung 4 dämpft. Das genannte Anschlagblech dient gleichzeitig als Anschlag für das Fe­ derelement 2. Diese Ausgestaltung der Dämpfungsvorrichtung bewirkt einen progressiven Schließvorgang der Durchtrittsöffnung 4.

Bei dem in Fig. 7 dargestellten Lager, bei dem die Steuerdruckdose 10 eben­ falls mit Unterdruck beaufschlagbar ist, wird im Gegensatz zu den bisher be­ schriebenen Beispielen bei Druckbeaufschlagung ein Öffnen der Durchtrittsöff­ nung 4 innerhalb der Trennwand 5 bedingt. Diese Ausgestaltung erweist sich insbesondere dann als sinnvoll, wenn die Durchtrittsöffnung 4 nur vergleichs­ weise selten freigegeben werden muß. Eine lange andauernde Beaufschlagung der Steuerdruckdose 10 mit Unterdruck erübrigt sich in diesem Falle. Durch diese, im Prinzip umgekehrte Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Lagers sind die Anschlagpuffer 19 innerhalb der Steuerdruckdose angeordnet und be­ grenzen die Öffnungsbewegung des stopfenartigen Wulstes 14 in Richtung des Federkörpers 2.

Claims (7)

1. Umschaltbares Lager, umfassend ein topfförmiges Gehäuse, bei dem die Öffnung durch ein ringförmig ausgebildetes Federelement aus elastome­ rem Werkstoff verschlossen ist, wobei in axialer Richtung zwischen dem Federelement und dem Gehäuseboden eine Trennwand mit einer Durch­ trittsöffnung angeordnet ist, wobei die Trennwand in axialer Richtung ei­ nerseits mit dem Federelement einen Arbeitsraum und in axialer Richtung andererseits mit einer ersten Ringmembran, die als Rollmembran ausge­ bildet ist, einen Ausgleichsraum begrenzt, wobei der Arbeits- und der Ausgleichsraum durch die Durchtrittsöffnung und einen die Durchtritts­ öffnung außenumfangsseitig umschließenden Dämpfungskanal flüssig­ keitsleitend verbunden und mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt sind, wobei die Durchtrittsöffnung durch ein Stellglied einer Stelleinrich­ tung verschließbar ist und das Stellglied zumindest teilweise in dem Aus­ gleichsraum angeordnet und durch ein Druckmittel betätigbar ist, wobei das Stellglied durch einen Kolben gebildet ist, wobei der Kolben in axialer Richtung auf der der Trennwand zugewandten Seite flüssigkeitsdicht von der Rollmembran umschlossen ist und einen stopfenartigen Wulst auf­ weist, wobei der Wulst bedarfsweise mit der Durchtrittsöffnung der Trennwand in Eingriff bringbar ist und wobei der Kolben einer ortsfest im Gehäuse angeordneten, druckmittelbeaufschlagbaren Steuerdruckdose gasdicht und relativbeweglich zugeordnet ist, die durch eine zumindest teilweise elastisch nachgiebige zweite Ringmembran begrenzt ist, die den Kolben und die Steuerdruckdose gegenüber dem Gehäuse abdichtet, da­ durch gekennzeichnet, daß die Trennwand (5) eine zentral durchgehende Durchtrittsöffnung (4) aufweist sowie in axialer Richtung zweiteilig aus­ geführt und gitterartig durchbrochen ist und nur im Bereich der gitterarti­ gen Struktur eine kreisringförmige und in axialer Richtung schwingfähige Membran (15) umschließt, daß der Kolben (8) in zumindest einem Teilbe­ reich seiner axialen Erstreckung von zumindest einer ringförmigen Schubfeder (17) aus gummielastischem Werkstoff dichtend umschlossen ist, daß die Schubfeder (17) auf einem relativ zum Gehäuse (1) orts­ festen Widerlager (18) abgestützt ist und daß die Rollmembran (13), der Wulst (14) und die Schubfeder (17) einstückig ineinanderübergehend ausgebildet sind.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerdruck­ dose (10) mit einem Pneumatikanschluß (12) versehen ist.

3. Lager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ druckdose (10) mit Überdruck beaufschlagbar ist.

4. Lager nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuer­ druckdose (10) mit einem Vakuum beaufschlagbar ist.

5. Lager nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rollmem­ bran (13) und/oder die Schubfeder (17) eine Gewebearmierung aufwei­ sen.

6. Lager nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kolben (8) und/oder dem Gehäuseboden (3) Anschlagpuffer (19) zur Begrenzung von Extremauslenkungen des Kolbens (8) relativ zum Gehäuse (1) zuge­ ordnet sind.

7. Lager nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der in axialer Richtung zwischen der Steuerdruckdose (10) und der Rollmembran (13) gebildete Hohlraum (20) zumindest eine zur Atmosphäre offene Entlüf­ tungsöffnung (21) aufweist.