DE4142885A1 - Lager fuer antriebsmaschinen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Lager zur Abstützung oder Lagerung einer Antriebs­ maschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein derartiges Lager mit aktiver Dämp­ fung.

Eine Lagervorrichtung der obigen Art zur Abstützung einer Antriebsmaschine wird in der japanischen Offenlegungsschrift 59-23 140 beschrieben. Diese Vorrichtung weist zum Absorbieren von Schwingungen der Antriebsmaschine eine Einheit aus schichtförmig angeordneten, elektrostriktiven Elementen auf, deren Dicke entsprechend einer angelegten Sinusspannung variiert. Die Einheit ist zwischen der Antriebsmaschine und einer Stützkonstruktion der­ art angeordnet, daß die Schwingungen der Antriebsmaschine durch wieder­ holte Änderung der Dicke der schichtförmig angeordneten elektrostriktiven Elemente aufgehoben werden können. Die Einheit aus schichtförmig ange­ ordneten, elektrostriktiven Elementen und die Antriebsmaschine sind so an­ geordnet, daß die Richtung, in der die Dicke der Einheit aus elektrostrikti­ ven Elementen variiert, mit der Richtung übereinstimmt, in der die Antriebs­ maschine schwingt. Dadurch werden Schwingungen, die von der Antriebsma­ schine auf die Stützkonstruktion übertragen werden, auf einen Mindestwert reduziert.

In der Praxis weist die Lagereinrichtung für Antriebsmaschinen, wie sie zuvor beschrieben wurde, einen Aufbau auf, bei dem die schichtförmigen, elektro­ striktiven Elemente sandwichartig zwischen oberen und unteren Platten lie­ gen, die mit Hilfe von Verbindungsbolzen und Muttern verbunden sind. Die obere Platte ist mit der Antriebsmaschine und die untere über einen Schwin­ gungsdämpfer aus Gummi mit der Stützkonstruktion verbunden.

Bei dieser Konstruktion verursacht eine Ausdehnung und Zusammenziehung der Einheit aus schichtförmigen, elektrostriktiven Elementen wiederholte Spannungen an den Verbindungsbolzen. Dadurch wird die Lebensdauer der Bolzen verkürzt.

Im übrigen sind bei der bekannten Lagervorrichtung die Verbindungsbolzen sehr fest mit Hilfe der Muttern angezogen, damit die Einheit aus schichtför­ mig angeordneten, elektrostriktiven Elementen selbst bei deren Zusammen­ ziehen zusammengehalten wird.

Dieses feste Anziehen der Bolzen verhindert, daß sich die Einheit aus elek­ trostriktiven Elementen ausreichend dehnen kann, so daß der Schwingungs­ dämpfungseffekt dieser Vorrichtung begrenzt ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lagervorrichtung für ei­ ne Antriebsmaschine zu schaffen, bei der diese Nachteile nicht bestehen.

Die Erfindung ergibt sich aus dem kennzeichnenden Teil des Patentan­ spruchs 1.

Erfindungsgemäß ist eine Lagervorrichtung vorgesehen, bei der die Span­ nung, der die Verbindungsbolzen zum Zusammenhalten der laminierten, elektrostriktiven Elemente ausgesetzt sind, auf ein Minimum gebracht wird, so daß sich die elektrostriktiven Elemente genügend ausdehnen können.

Die erfindungsgemäße Lagervorrichtung umfaßt erste und zweite, in Abstand liegende Platten. Ein Bügel, mit einem flachen, plattenförmigen Bereich liegt zwischen den beiden Platten. Ein erstes, aktives Dämpfungsglied liegt zwi­ schen der ersten Platte und dem flachen plattenförmigen Bereich, und ein zweites aktives Dämpfungsglied liegt in enger Einpassung zwischen dem fla­ chen, plattenförmigen Bereich und der zweiten Platte. Die beiden aktiven Dämpfungsglieder können sich selektiv dehnen und zusammenziehen ent­ sprechend einem angelegten elektrischen Strom. Verbindungseinrichtungen verbinden die ersten und zweiten Platten und spannen die ersten und zwei­ ten aktiven Dämpfungsglieder zwischen diesen ein. Eine Steuereinrichtung steuert den elektrischen Strom derart, daß die schwingende Ausdehnung und Zusammenziehung der ersten und zweiten aktiven Dämpfungsglieder in der Amplitude gleich, jedoch in der Phase um 180° versetzt sind.

Erfindungsgemäß ist bei einer Ausführungsform eine Lagervorrichtung zur Abstützung einer Antriebsmaschine auf einer Unterkonstruktion vorgesehen, die erste, zweite und dritte parallele Platten umfaßt. Die dritte Platte ist an der festen Unterkonstruktion befestigt. Ein Bügel mit einem ersten, flachen, plattenförmigen Bereich liegt in Abstand zwischen der ersten und zweiten Platte, und ein zweiter plattenförmigen Bereich umfaßt die erste Platte. Ein erstes aktives Dämpfungsorgan liegt eng eingepaßt zwischen der ersten Plat­ te und dem ersten, flachen, plattenförmigen Bereich. Ein zweites aktives Dämpfungsorgan liegt zwischen dem ersten, flachen, plattenförmigen Be­ reich und der zweiten Platte. Die beiden aktiven Dämpfungsorgane dehnen sich und ziehen sich zusammen entsprechend einem elektrischen Strom, der an sie angelegt wird. Verbindungsbolzen, die zwischen den ersten und zweiten Platten verlaufen, befestigen die beiden aktiven Dämpfungsorgane zwischen den Platten. Ein Schwingungsisolator aus Gummi liegt eingepaßt zwischen der zweiten und dritten Platte. Eine Steuereinrichtung steuert den elektrischen Strom derart, daß das schwingende Ausdehnen und Zusammen­ ziehen der ersten und zweiten Dämpfungsorgane in der Amplitude gleich und in der Phase um 180° versetzt ist.

Die Erfindung umfaßt ein Schwingungsdämpfungssystem für eine Antriebs­ maschine eines Kraftfahrzeugs. Das System weist erste und zweite Platten auf, deren zweite Platte am Fahrzeugaufbau befestigt ist. Wie bereits erwähnt, liegt ein Bügel mit einem flachen, plattenförmigen Bereich zwischen den beiden Platten. Der Bügel ist mit der Antriebsmaschine verbunden.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht einer Lagervor­ richtung für Antriebsmaschinen entsprechend einer ersten Aus­ führungsform der Erfindung;

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm des Steuersystems für die erste Aus­ führungsform;

Fig. 3 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1, zeigt die Lagervorrichtung je­ doch im Betrieb;

Fig. 4 ist eine Darstellung ähnlich Fig. 1, zeigt jedoch eine zweite Aus­ führungsform der Erfindung.

Fig. 1 bis 3 veranschaulichen eine Lagervorrichtung 1 für eine Antriebsma­ schine entsprechend einer ersten Ausführungsform der Erfindung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt eine Lagervorrichtung 1 drei senkrecht im Abstand lie­ gende, parallele Platten 2, 3, 4 aus Metall. Zwischen den Platten 2 und 3 liegt ein Schwingungs-Isolator 5 aus Gummi. Der Isolator 5 ist an den Metall-Plat­ ten 2 und 3 mit Hilfe eines geeigneten Klebstoffs befestigt. Der Schwingungsisolator 5 nimmt Schwingungen außer denjenigen auf, die durch eine Sekun­ därkomponente der Maschinendrehung verursacht wird. Das bedeutet, daß die Relativbewegung zwischen den Platten 2 und 3 einhergeht mit einer ela­ stischen Verformung des Isolators 5.

Die metallische Platte 2 weist auf ihrer unteren Oberfläche einen fest ange­ brachten Bolzen 2a auf, der an dem nicht gezeigten Fahrzeugaufbau befestigt ist.

Zwischen den Platten 3 und 4 liegen zwei aktive Dämpfungsorgane 7 und 6, die tandemförmig angeordnet sind. Die Dämpfungsorgane 7 und 6 umfassen eine Einheit aus schichtförmig angeordneten, elektrostriktiven Elementen. Sie sind derart angebracht, daß die Richtung, in der sich die Dicke der Ein­ heiten ändert, senkrecht zu den metallischen Platten 3 und 4 verläuft. Vor­ zugsweise sind die beiden Dämpfungsorgane 7 und 6 in der Größe und der Arbeitsweise gleich. Das Dämpfungsorgan 6 weist eine obere Oberfläche auf, die mit der Platte 4 verbunden, etwa verklebt ist. Das andere Dämpfungsor­ gan 7 weist eine untere Oberfläche in Verbindung mit der unteren Platte 3 auf.

Zwischen den beiden Dämpfungsorganen 6 und 7 liegt eng eingepaßt eine untere flache Wand oder Platte 8b eines kastenförmigen Bügels 8. Der Bügel 8 umfaßt im wesentlichen obere und untere flache Wände oder Platten 8c und 8b sowie gegenüberliegende Seitenwände 8d und 8e. Daher bilden die Wände 8b, 8c, 8d, 8e einen rechteckigen Durchlaß, durch den das Dämpfungsorgan 6 erkennbar ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht. Die oberen und unteren fla­ chen Platten 8c und 8b liegen parallel zu den Platten 2, 3 und 4.

Die obere flache Platte 8c weist auf ihrer oberen Oberfläche einen Bolzen 8a auf, der an der nicht gezeigten Antriebsmaschine als Schwingungsquelle befe­ stigt ist. Eine Verstärkungsrippe 8g ist an die obere flache Wand 8c ange­ formt.

Die Platten 3 und 4 sind über eine Anzahl von Vebindungsbolzen 9a und Mut­ tern 9b verbunden. Zu diesem Zweck weist die untere flache Wand oder Plat­ te 8b des Bügels 8 eine entsprechende Anzahl von bezeichneten Öffnungen auf, durch die sich die Verbindungsbolzen 9a mit Abstand erstrecken.

In der Praxis liegt die Lagervorrichtung 1 zwischen dem Fahrzeugaufbau bzw. der Fahrzeugkarosserie und einer Antriebsmaschine. Der untere Bolzen 2a ist am Fahrzeugaufbau befestigt, und der obere Bolzen 8a an der Antriebsmaschi­ ne.

Wie bei der oben beschriebenen, bekannten Vorrichtung ist die Lagervorrich­ tung 1 so gerichtet, daß die Richtung, in der sich die Dicke der aktiven Dämpfungsorgane 6 und 7 ändert, zusammenfällt mit der Richtung, in der die Antriebsmaschine schwingt. Bei der Montage einer Vierzylinder-Reihen­ maschine ist die Lagervorrichtung so angeordnet, daß die Platten 2, 3 und 4 senkrecht zur Bewegungsrichtung der Kolben liegen. Die hin- und hergehen­ de Bewegung der Kolben erzeugt eine nichtparallele Trägheitskraft als Se­ kundärkomponente der Maschinendrehung, die eine senkrechte Schwingung der Maschine induziert.

Fig. 2 zeigt ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung zur Steuerung des elek­ trischen Stroms oder der Spannung, die den aktiven Dämpfungsorganen 6 und 7 zugeführt werden.

Die senkrechte Schwingung der Maschine, die durch die Sekundärkompo­ nente der Maschinendrehung hervorgerufen wird, wird über die Lagervor­ richtung 1 auf die Karosserie übertragen, so daß im Innenraum des Fahrzeugs ein äußerst störendes Geräusch oder Dröhnen mit einer Frequenz von etwa 100 bis 200 Hz erzeugt wird. Da die senkrechte Schwingung der Maschine durch die Hin- und Herbewegung der Kolben entsteht, können die Amplitude und die Phase der senkrechten Schwingung von der Maschinendrehzahl und dem Kurbelwinkel abgeleitet werden.

Die Steuerschaltung umfaßt daher einen Maschinen-Drehzahlsensor 10 und einen Kurbelwinkelsensor 11. Signale dieser Sensoren 10 und 11 gelangen an eine Steuereinheit 12, die einen Mikrocomputer enthält. Durch Verglei­ chen dieser Signale mit gespeicherten Vergleichswerten bestimmt die Steuereinheit 12 die Spannung, die Frequenz und die Phase eines elektri­ sches Sinuswellen-Stroms, der an das aktive Dämpfungsorgan 6 gelangt. Die­ ser durch die Steuereinheit 12 bestimmte Strom wird in der Phase umge­ kehrt durch eine Phasenumkehrschaltung 13 und gelangt an das andere Dämpfungsorgan 7. Daher sind die Schwingungen der beiden aktiven Dämp­ fungsorgane 6 und 7 in Richtung einer Ausdehnung und Zusammenziehung in der Amplitude gleich, jedoch in der Phase um 180° versetzt.

Nunmehr soll die Arbeitsweise der ersten Ausführungsform der Erfindung an­ hand von Fig. 3 erläutert werden.

Beim Betrieb der Maschine wird diese durch die Sekundärkomponente der Maschinendrehung in senkrechter Richtung in Schwingungen versetzt.

Wenn die Maschine auf diese Weise aus ihrer Neutralposition nach oben be­ wegt wird, wird auch der kastenförmige Bügel 8, der an der Maschine befe­ stigt wird, zu einer Bewegung nach oben aus der gestrichelt dargestellten Neutralposition in die in durchgezogenen Linien gezeigte Position gezwun­ gen. Durch Verarbeitung der Informationssignale der Sensoren 10 und 11, die der Maschinendrehzahl und dem Kurbelwinkel entsprechen, versorgt die Steuereinheit 12 der Steuerschaltung das aktive Dämpfungsorgan 6 mit ei­ nem Spannungssignal, das zum Zusammenziehen führt, während über die Phasenumkehrschaltung 13 dem anderen aktiven Dämpfungsorgan eine in der Phase umgekehrte Spannung zugeführt wird, die das Dämpfungsorgan 7 ausdehnt. Da die Verbindungsbolzen 9a zum Verbinden der Platten 3 und 4 mit Abstand durch die Öffnungen in der unteren flachen Platte 8b des Bügels 8 hindurchgeführt werden, wird die Aufwärtsbewegung des Bügels 8 durch die Verbindungsbolzen 9a nicht behindert.

Das heißt, daß die Aufwärtsbewegung des Bügels 8, die durch die Aufwärtsbe­ wegung der Maschine erzeugt wird, im wesentlichen durch Zusammenzie­ hung des oberen Dämpfungsorgans 6 und durch Ausdehnung des unteren Dämpfungsorgans 7 absorbiert wird, und die Aufwärtsbewegung wird nicht auf die Karosserie übertragen.

Wenn andererseits die Maschine nach unten verschoben wird, bewegt sich auch der Bügel 8 nach unten. Die beiden Dämpfungsorgane 6 und 7 werden mit Hilfe der entsprechenden Signale der Steuereinheit 12 im umgekehrten Sinne gedehnt bzw. zusammengezogen. Auch in diesem Falle erfolgt keine Übertragung der Abwärtsbewegung auf die Karosserie.

Somit werden insgesamt die senkrechten Schwingungen der Maschine, die durch die Sekundärkomponente der Maschinendrehzahl hervorgerufen wer­ den, nicht auf den Fahrzeugaufbau übertragen. Die störenden Dröhngeräusche von 100 bis 200 Hz gelangen nicht in die Fahrgastkabine.

Daraus ergeben sich die folgenden Vorteile.

Da die aktiven Dämpfungsorgane 6 und 7 sich in ihren Relativbewegungen ge­ genseitig aufheben, bleibt die Gesamtdicke der beiden Dämpfungsorgane 6 und 7 im wesentlichen unverändert. Dies bedeutet, daß der Abstand zwi­ schen den beiden Platten 3 und 4 konstant bleibt. Anders als bei den her­ kömmlichen Lagereinrichtungen haben die Ausdehnung und Zusammenzie­ hung der Dämpfungsorgane 6 und 7 keinen ungünstigen Einfluß auf die Ver­ bindungsbolzen 9a.

Wegen der gegenseitigen Aufhebung der Bewegungen der beiden Dämpfungs­ organe 6 und 7 können diese optimal arbeiten, ohne übermäßige Belastungen auf die Verbindungsbolzen 9a auszuüben.

Selbst wenn eine ungewöhnlich große äußere Kraft schlagartig auf die Lager­ vorrichtung 1 in einer Richtung ausgeübt wird, die den Abstand zwischen den beiden Platten 3 und 4 vergrößert, verhindern die Verbindungsbolzen 9a und die Muttern 9b die unerwünschte Vergrößerung des Abstandes, so daß eine Beschädigung der Dämpfungsorgane 6 und 7 vermieden wird.

Wie bereits erwähnt wurde, haben die beiden Dämpfungsorgane 6 und 7 die­ selbe Größe und dieselbe Charakteristik. Wenn dies nicht erwünscht ist, kön­ nen unterschiedliche Typen, die beispielsweise bei einem höheren oder nie­ drigeren Strom arbeiten, verwendet werden. In diesem Falle ist eine ge­ eignete Stromverstärkungsschaltung zwischen der Steuereinheit 12 und dem Dämpfungsorgan mit niedrigerem Strom vorgesehen, so daß das Spannungs­ signal, das an das Dämpfungsorgan mit niedrigerem Strom gelangt, verstärkt wird.

Fig. 4 zeigt eine Lagervorrichtung 1′ gemäß einer zweiten Ausführungsform. Gleiche Teile tragen dieselben Bezugsziffern, die auch in Fig. 1 vorgesehen sind.

Da die zweite Ausführungsform im Aufbau der ersten Ausführungsform der La­ gervorrichtung 1 ähnelt, sollen nur die abweichenden Teile erläutert werden.

Bei der zweiten Ausführungsform 1′ liegt jeder Verbindungsbolzen 9a in einer metallischen Hülse 15. Wie aus Fig. 4 hervorgeht, befindet sich die Hülse 15 zwischen den beiden Platten 3 und 4. Die Hülsen dienen als Stützen oder Streben, durch die der Abstand zwischen den beiden Platten 3 und 4 gehal­ ten wird.

Die Hülsen 15 erhöhen die Haltbarkeit der beiden Betätigungsorgane 6 und 7 erheblich. Selbst bei sehr großen äußeren Kräften, die an die Lagervorrich­ tung 1′ in einer Richtung gelangen, die den Abstand zwischen den Platten 3 und 4 verkleinern würde, unterdrücken die Hülsen 15 eine derartige Verrin­ gerung des Abstands.

Obgleich die beiden Lagervorrichtungen 1 und 1′ gemäß der ersten und zwei­ ten Ausführungsform in Verbindung mit einer Einheit aus schichtförmig an­ geordneten elektrostriktiven Elementen als Dämpfungsorgane 6 und 7 be­ schrieben worden sind, können auch piezoelektrische, magnetostriktive oder andere entsprechende Elemente verwendet werden.

Claims (13)

1. Lagervorrichtung, insbesondere zur Abstützung einer Antriebsmaschine am Aufbau eines Fahrzeugs, mit ersten und zweiten, im Abstand zueinander lie­ genden Platten (3, 4), einem aktiven Dämpfungsorgan (6, 7) zwischen den Platten und Verbindungseinrichtungen (9a, 9b) zum Verbinden der Platten und damit zum Halten des Dämpfungsorgans, gekennzeichnet durch einen Bügel (8) mit einem flachen, plattenförmigen Bereich (8b) zwischen der er­ sten und zweiten Platte (3, 4), einem ersten aktiven Dämpfungsorgan (7), das eng eingepaßt zwischen der ersten Platte (3) und dem plattenförmigen Be­ reich (8b) des Bügels (8) liegt, einem zweiten Dämpfungsorgan (6), das eng eingepaßt zwischen dem flachen, plattenförmigen Bereich (8b) und der zwei­ ten Platte (4) liegt, welche Dämpfungsorgane (7, 6) selektiv durch Anlegen ei­ nes elektrischen Stroms ausdehnbar und zusammenziehbar sind, und eine Steuereinrichtung (12, 13), die den Dämpfungsorganen (7, 6) einen elektri­ schen Strom derart zuleitet, daß die Schwingungen in Richtung einer Aus­ dehnung und eines Zusammenziehens des ersten und zweiten Dämpfungsor­ gans in der Amplitude gleich und in der Phase um 180° versetzt sind.

2. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der an das erste und zweite aktive Dämpfungsorgan (7, 6) gelangende elektrische Strom eine Sinusspannung aufweist.

3. Lagervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (12, 13) die Sinusspannung derart steuert, daß die Span­ nungssignale, die an die Dämpfungsorgane (7, 6) gelangen, in der Amplitude gleich und in der Phase um 180° versetzt sind.

4. Lagervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elek­ trische Strom, der den beiden Dämpfungsorganen zugeführt wird, eine Kom­ bination von elektrischen Strömen ist, von denen wenigstens einer Sinus­ form aufweist.

5. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Schwingungsisolator (5) aus Gummi oder dergleichen, der an der äußeren Oberfläche der ersten Platte (3) angebracht ist.

6. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungseinrichtungen eine Anzahl von Verbindungsbol­ zen (9a) zwischen der ersten und zweiten Platte (3, 4) und eine Anzahl von Muttern (9b) umfaßt, die auf ein Ende der Verbindungsbolzen aufgeschraubt sind.

7. Lagervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ bindungsbolzen (9a) mit Abstand durch Öffnungen in dem flachen plattenför­ migen Bereich (8b) verlaufen.

8. Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Bügel (8) einen zweiten plattenförmigen Bereich (8c) aufweist, der die zweite Platte (4) überbrückt.

9. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Verbindungsbolzen (9a) in Hülsen (15) liegen, die sich zwi­ schen der ersten und zweiten Platte (3, 4) befinden und als Stütze dienen, die den Abstand zwischen den beiden Platten (3, 4) einhält.

10. Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aktiven Dämpfungsorgane (6, 7) eine Einheit aus schichtförmigen elektrostriktiven Elementen bilden.

11. Lagervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungsorgane so gerichtet sind, daß die Rich­ tung ihrer Ausdehnung und Zusammenziehung senkrecht zu der ersten und zweiten Platte (3, 4) liegt.

12. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, gekennzeichnet durch eine dritte Platte (2), die auf der der ersten Platte (3) gegenüberlie­ genden Seite an dem Schwingungsisolator (5) befestigt ist und Einrichtungen (2a) zur Befestigung an einer Grundstruktur, insbesondere am Aufbau eines Fahrzeugs aufweist.

13. Lagervorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß an dem zweiten plattenförmigen Bereich (8c) des Bügels (8) Einrichtungen (8a) zur Befestigung eines schwingenden Gegenstandes, insbe­ sondere der Antriebsmaschine eines Fahrzeugs, vorgesehen sind.