DE60007584T2

DE60007584T2 - Aktives, hydraulisches, schwingungsdämpfendes Lager und dieses Lager enthaltendes System

Info

Publication number: DE60007584T2
Application number: DE60007584T
Authority: DE
Inventors: Andre Genesseaux; Patrice Loubat; Jean-Luc Gastineau; Jöel Menager
Original assignee: Hutchinson SA
Current assignee: Hutchinson SA
Priority date: 1999-05-17
Filing date: 2000-05-15
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2020-05-16
Also published as: BR0003311A; EP1054186B1; ES2213551T3; JP4685213B2; JP2000356242A; FR2793859A1; DE60007584D1; FR2793859B1; US6364294B1; EP1054186A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die aktiven hydraulischen schwindungsdämpfenden Lager und die aktiven schwindungsdämpfenden, solche Lager enthaltenden Systeme.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein aktives hydraulisches schwingungsdämpfendes Lager zum Anordnen zwischen zwei starren Elementen in einem Automobil, um Schwingungen zwischen diesen beiden Elementen zu dämpfen und zu filtern, wobei dieses Lager zumindest Folgendes aufweist:

– eine erste und eine zweite starre Armatur, die mit dem ersten bzw. dem zweiten starren Element verbindbar sind;
– eine Wand aus Elastomer, die die erste und zweite Armatur (4, 2) miteinander verbindet und dabei eine Arbeitskammer definiert, die mit Flüssigkeit gefüllt ist;
– einen Kolben, der zumindest eine Fläche in Kontakt mit der Flüssigkeit hat und der an der ersten Armatur so angebracht ist, dass er sich gemäß einer Schwingungsachse bewegen kann, wobei dieser Kolben über elastische Mittel in Richtung einer Ruhestellung belastet ist, und
– ein elektromagnetisches Stellglied, das Folgendes aufweist:
• einen Elektromagneten mit einer einem metallischen Gehäuse zugeordneten elektrischen Spule,
• einen beweglichen magnetischen Kern, der unter der Einwirkung des Elektromagneten beweglich ist und der mit dem Kolben verbunden ist, um in der Flüssigkeit Gegenschwingungen zu erzeugen.

Ein derartiges aktives schwingungsdämpfendes Lager ist beispielsweise in der EP-A-0 893 620 beschrieben, wonach ein elektromagnetisches Stellglied mit einem einzigen, einer Rückstellfeder zugeordneten Elektromagneten als Variante in Betracht gezogen wird.
Diese bekannten aktiven schwingungsdämpfenden Lager weisen Sensoren für die Kolbenstellung auf und ihre Steuerkette schließt eine Regelung dieser Stellung ein, wodurch das elektromagnetische Stellglied in einem sehr breiten Frequenzbereich arbeiten kann, auch während das Fahrzeug fährt.
Die schwingungsdämpfenden Lager dieser Bauart sind zufrieden stellend hinsichtlich der schwingungsdämpfenden Wirksamkeit, sie weisen dennoch den Nachteil auf, dass sie aufwändig und kostspielig sind und Steuerungsmittel erfordern, die wiederum aufwändig und kostspielig sind.
Um diesen Nachteil zu beheben zu versuchen, wurden unterschiedliche aktive pneumatisch gesteuerte schwingungsdämpfende Lager vorgeschlagen, wie das Lager, das in der JP-A-9 317 815 offenbart wird. In der Praxis verwenden diese pneumatisch gesteuerten Lager im Allgemeinen eine Unterdruckquelle, welche ebenfalls zur Bremsunterstützung dient.
Aus Sicherheitsgründen wollen jedoch manche Automobilhersteller nicht, dass die Unterdruckquelle zur Bremsunterstützung zur Steuerung der aktiven Lager verwendet wird. Außerdem sind die Kosten und der Aufwand der aktiven, pneumatisch gesteuerten schwingungsdämpfenden Lager noch relativ beträchtlich, da diese Lager einen Anschluss an die Unterdruckquelle erfordern. Schließlich ermöglichen nicht alle Kraftfahrzeuge einen Anschluss an eine Unterdruckquelle.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Nachteile der aktiven, elektromagnetisch gesteuerten schwingungsdämpfenden Lager zu beheben, ohne hierbei auf eine pneumatische Steuerung zurückzugreifen.
Hierzu ist erfindungsgemäß ein gattungsgemäßes hydraulisches schwingungsdämpfendes Lager im Wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Stellglied ein Elektromagnet-Proportional-Stellglied ist, bei dem das Gehäuse des Elektromagneten und der bewegliche Kern so gestaltet sind, dass der bewegliche Kern, wenn die Spule von einem elektrischen Strom mit einem Wert durchflossen wird, der sich in einem normalen Funktionsbereich befindet, und der bewegliche Kern sich in einem bestimmten Positionsbereich befindet, der der normalen Funktionsweise des elektromagnetischen Stellglieds entspricht, eine Kraft erfährt, die nur von diesem Strom abhängt (das elektromagnetische Stellglied kann insbesondere durch ein an sich in anderen Anwendungen bekanntes Proportional-Solenoid gebildet sein, welches eine zu dem die Spule durchfließenden Strom oder zu dem Quadrat dieses Stroms proportionale Kraft ausübt: Beispiele für solche Solenoide lassen sich insbesondere in den EP-A-0 785 558 , EP-A-0 762 442 und US-A-4 998 074 finden).
Durch diese Maßnahmen kann das elektromagnetische Stellglied des erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden Lagers sehr einfach lediglich durch Kontrolle des die Spule des Elektromagneten durchfließenden elektrischen Stroms gesteuert werden. Da nämlich die vom Stellglied auf die Flüssigkeit des schwingungsdämpfenden Lagers ausgeübte Kraft nur von dem besagten Strom und nicht von der Position des beweglichen Kerns abhängt, erübrigen sich das Messen dieser Position und der Rückgriff auf eine Positionsregelung zur genauen Kontrolle der zu jedem Zeitpunkt auf den Kolben ausgeübten Kraft.
Die zur Steuerung des erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden Lagers erforderlichen Steuerungsmittel können daher besonders vereinfacht werden und können insbesondere durch die zur Steuerung des Fahrzeugmotors dienende elektronische Zentraleinheit gebildet werden.
Es ist anzumerken, dass das erfindungsgemäße schwingungsdämpfende Lager eine maximale Wirksamkeit bei relativ niedrigen Frequenzen aufweist (typischerweise von 20 bis 40 Hz bei einem Vierzylindermotor mit interner Explosion und allgemeiner von 0 bis 100 Hz), was dem Motorbetrieb im Leerlauf entspricht. Da eben diese Frequenzen die störendsten und vom Fahrzeugbenutzer wahrnehmbarsten Effekte haben, ist die Wirksamkeit des erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden Lagers besonders zufrieden stellend.
Wenn der Motor mit einer höheren Drehzahl als im Leerlauf betrieben wird, was normalerweise einer Situation entspricht, in der das Kraftfahrzeug fährt, wird die Spule des Elektromagneten vorübergehend mit einem stärkeren Strom als normal derart beaufschlagt, dass das elektromagnetische Stellglied blockiert wird, indem sich der mobile Kern an das Gehäuse des Elektromagneten "anklebt", wobei dieser Blockierstrom anschließend nach dem "Ankleben" des mobilen Kerns reduziert werden kann.
Das elektromagnetische Stellglied des erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden Lagers könnte jedoch bei Schwingungsfrequenzen weiter funktionieren, die höher sind als diejenigen des Leerlaufs, um Gegenschwingungen zur Aufhebung der Motorschwingungen weiter zu erzeugen.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden Lagers kann außerdem eventuell auf die eine und/oder die andere der folgenden Maßnahmen zurückgegriffen werden:

– das Gehäuse des Elektromagneten und der bewegliche Kern sind so gestaltet, dass der bewegliche Kern eine Kraft erfährt, die proportional zum Quadrat der Stärke des die Spule durchfließenden elektrischen Stroms ist, wenn dieser elektrische Strom einen Wert hat, der sich innerhalb des besagten Bereichs der normalen Funktionsweise befindet, und wenn der bewegliche Kern sich in dem Positionsbereich befindet, der der normalen Funktionsweise des elektromagnetischen Stellglieds entspricht;
– das schwingungsdämpfende Lager weist außerdem eine weiche Wand aus Elastomer auf, die von der ersten Armatur getragen wird und eine Kompensationskammer definiert, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und mit der Arbeitskammer über einen schmalen Kanal kommuniziert;
– das schwingungsdämpfende Lager weist außerdem eine Steuerkammer auf, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und mit der Arbeitskammer über einen schmalen Durchgang kommuniziert, wobei der Kolben in Kontakt mit der Flüssigkeit in dieser Steuerkammer steht;
– die von dem Elektromagneten auf den beweglichen Kern ausgeübte Kraft ist immer gleich gerichtet und hat einen bestimmten Mittelwert, wobei die elastischen Mittel derart angeordnet sind, dass sie den beweglichen Kern entgegengerichtet zur vom Elektromagneten ausgeübten Kraft beaufschlagen, wobei die elastischen Mittel derart dimensioniert sind, dass sich der bewegliche Kern, wenn der Elektromagnet die besagte mittlere Kraft auf den beweglichen Kern ausübt, in einer mittleren Position befindet, und zwar im Wesentlichen zentriert bezüglich des Positionsbereichs, der der normalen Funktionsweise des elektromagnetischen Stellglieds entspricht;
– das Gehäuse und der bewegliche Kern sind aus einem aus dünnen Lagen bestehenden metallischen Material ausgebildet und bilden entsprechend ein erstes bzw. ein zweites magnetisches Element, wobei das Gehäuse im Wesentlichen die Form eines U mit einer Basis hat, die sich entlang einer senkrecht zur Schwingungsachse verlaufenden Querachse zwischen zwei Seitenarmen erstreckt, die sich ihrerseits parallel zur Schwingungsachse erstrecken, wobei die Spule zwischen den Seitenarmen angeordnet ist, und unter Umgeben einer sich entlang der besagten Schwingungsachse erstreckenden und zum ersten magnetischen Element gehörenden Mittelstange auf die Schwingungsachse zentriert ist, wobei diese Mittelstange von dem zweiten magnetischen Element durch einen gewissen Luftspalt entlang der Schwingungsachse getrennt ist, und wobei das zweite magnetische Element außerdem zwei erste Linearisierungspole aufweist, die die Mittelstange entlang der Querachse einrahmen und sich parallel zur Schwingungsachse im Inneren der Spule erstrecken und dabei eine quer verlaufende Breite haben, die in Richtung des ersten magnetischen Elements abnimmt, wobei die beiden ersten Linearisierungspole und die Mittelstange jeweils gegenüberliegende, parallele Flächen haben;
– das erste magnetische Element weist außerdem zwei zweite Linearisierungspole auf, die jeweils entlang der Querachse ausgerichtet und außerhalb der Spule angeordnet sind, wobei sich diese beiden zweiten Linearisierungspole jeweils entlang der Schwingungsachse erstrecken und dabei eine quer verlaufende Breite haben, die in Richtung des zweiten magnetischen Elements abnimmt, wobei dieses zweite magnetische Element zwei axiale Wände aufweist, die sich entlang der Schwingungsachse erstrecken und die die beiden zweiten Linearisierungspole einrahmen, und die beiden zweiten Linearisierungspole und die beiden axialen Wände jeweils Flächen aufweisen, die einander gegenüberliegen und zueinander parallel verlaufen.

Die Erfindung betrifft ferner ein aktives schwingungsdämpfendes System mit einem wie oben angegebenen schwingungsdämpfenden Lager und einem Steuerkreis, der die Spule des Elektromagneten speist, wobei dieser Steuerkreis dazu ausgestaltet ist, zu jedem Zeitpunkt den der Spule zugeführten Strom in Abhängigkeit von zumindest einem Parameter zu bestimmen, der mit der Funktionsweise des Motors in Zusammenhang steht, und zwar unabhängig von der momentanen Position des beweglichen Kerns bezüglich des Gehäuses des Elektromagneten.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen schwingungsdämpfenden Lagers kann außerdem auf die eine und/oder die andere der folgenden Maßnahmen zurückgegriffen werden:

– der Steuerkreis weist einen Steuerungsrechner des Motors des Fahrzeugs auf, der dazu ausgestaltet ist, um zu jedem Zeitpunkt den der Spule des Elektromagneten zugeführten elektrischen Strom in Abhängigkeit eines mit dem tatsächlichen Funktionszyklus des Motors zusammenhängenden Synchronisationssignals sowie in Abhängigkeit von gespeicherten Daten zu bestimmen, welche zumindest die Amplitude und die Phase eines Signals abbilden, das für den der Spule in Abhängigkeit des besagten Synchronisationssignals zugeführten elektrischen Strom steht;
– das Signal, das für den elektrischen Strom steht, ist im Wesentlichen ein rechteckiges Signal, wobei das schwingungsdämpfende Lager eine Steuerkammer aufweist, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und mit der Arbeitskammer über einen schmalen Durchgang kommuniziert, wobei der Kolben in Kontakt mit der Flüssigkeit in dieser Steuerkammer steht;
– der Steuerkreis ist dazu ausgestaltet, der Spule des Elektromagneten einen elektrischen Strom zuzuführen, der ausreichend stark ist, um den beweglichen Kern zu blockieren, wenn das Synchronisationssignal einem Zustand entspricht, der eine vorbestimmte Frequenz überschreitet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden im Laufe der folgenden Beschreibung mehrerer ihrer Ausführungsformen, welche lediglich beispielhaft und keineswegs einschränkend angegeben sind, sowie anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Es zeigen:
1 einen vertikalen Querschnitt durch ein schwingungsdämpfendes Lager gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einem Blockdiagramm des Steuerkreises dieses Lagers;
2 einen Querschnitt gemäß der Linie II-II der 1;
3 eine aufgeschnittene Ansicht des schwingungsdämpfenden Lagers der 1;
4 ein Diagramm zur Veranschaulichung der bei gleichbleibendem Strom von einem linearen elektromagnetischen Stellglied wie dem das schwingungsdämpfende Lager der 1 ausstattenden Stellglied erzeugte Kraft in Abhängigkeit der Bewegung des beweglichen Kerns im Vergleich zur Kraft, welche von einem nicht-linearen elektromagnetischen Stellglied erzeugt wird, das in den aktiven schwingungsdämpfenden Lagern gemäß dem nächstliegenden Stand der Technik verwendet wird;
5 und 6 Diagramme zur Veranschaulichung zweier Beispiele vom Verlauf der vom elektromagnetischen Stellglied des schwingungsdämpfenden Lagers der 1 ausgeübten Kraft in Abhängigkeit der Zeit;
7 ein Diagramm zur Veranschaulichung der vom schwingungsdämpfenden Lagers der 1 erzeugten Kraft in Abhängigkeit der Frequenz der Kolbenschwingungen im Vergleich zur Kraft, welche von einem aktiven schwingungsdämpfenden Lager ohne schmalen Durchgang zwischen Kolben und Arbeitskammer erzeugt wird;
8 und 9 der 1 ähnliche Ansichten einer zweiten und einer dritten Ausführungsform der Erfindung und
10 eine Detailansicht zur Veranschaulichung eines Teils des elektromagnetischen Stellglieds in einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
In den verschiedenen Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen angegeben.
In der 1 ist ein aktives hydraulisches schwingungsdämpfendes Lager 1 dargestellt, welches herkömmlicherweise Folgendes aufweist:

– einen starren metallischen Kopf, welcher nach oben durch einen Stift 3 einer vertikalen Achse Z zur Befestigung beispielsweise an einem Teil des Triebwerkblocks eines Kraftfahrzeugs verlängert wird,
– eine starre metallische Aufnahme 4, welche sich im dargestellten Beispiel in Form einer Schale darstellt, deren Boden nach unten durch einen zur Befestigung beispielsweise am Fahrgestell des Fahrzeugs dienenden Stift 5 einer Achse Z verlängert wird und
– eine dicke kegelstumpfartige Elastomerwand 6, die auf der Achse Z zentriert ist und sich nach unten hin ausweitet von einem mit dem Kopf 2 fest verbundenen Scheitel aus bis zu einer ringförmigen Basis, welche abgedichtet mit einem starren metallischen Kranz 7 fest verbunden ist, welcher hohl ist und innenseitig eine nach unten offene Auskehlung 8 bestimmt, wobei die dicke Wand 6 eine ausreichende Druckfestigkeit aufweist, um bezüglich des am Kopf 2 befestigten Triebwerkblocks als Auflage zu dienen.

Ferner ist eine starre metallische Trennwand 9 unter dem Kranz 7 bevorzugt durch schalenförmige Umfalzung des oberen Umfangrandes der Aufnahme 4 auf dem Kranz 7 befestigt, wobei die Trennwand 9 zusammen mit der Elastomerwand eine mit Flüssigkeit, insbesondere mit Silikonöl gefüllte Arbeitskammer A bestimmt.
Ferner ist eine flexible Elastomermembran 10 abgeformt:

– zum einen auf einer ringförmigen Außenarmatur 11, die abgedichtet unter einen Außenumfang der Trennwand 9 durch Umfalzung des oberen Umfangrandes der Aufnahme 4 auf dem Kranz 7 gepresst ist und
– zum anderen auf einer ringförmigen Innenarmatur 12, die abgedichtet unter der Trennwand 9 durch Festspannen zwischen dieser Trennwand und einem nachfolgend beschriebenen starren Gehäuse 13 gepresst ist, wobei das Gehäuse 13 selbst gegen die Armatur 12 durch den Boden der Aufnahme 4 gedrückt wird.

Die flexible Elastomermembran 10 bestimmt somit zwischen den Armaturen 11 und 12 eine ringförmige, mit Flüssigkeit gefüllte Kompensationskammer B, welche mit der Arbeitskammer A über einen schmalen kreisbogenförmigen, zwischen der Auskehlung 8 des Kranzes 7 und der Trennwand 9 bestimmten Kanal C verbunden ist. Dieser schmale Kanal C mündet in der Arbeitskammer A über eine im Kranz 7 ausgebildete waagerechte Öffnung 14 und in der Kompensationskammer B über eine in der Trennwand 9 ausgebildete Öffnung 15.
Die flexible Membran 10 weist schließlich ein zentrales, auf einem starren Kolben 16 abgeformtes Teil auf, welches durch einen ringförmigen Elastomerbalg 17 mit der ringförmigen Innenarmatur 12 verbunden ist, wobei der Balg der besagten flexiblen Membran 10 zugehörig ist und dem Kolben 16 eine schwingende vertikale Bewegung ermöglicht.
Der Kolben 15 bestimmt eine mit Flüssigkeit gefüllte Steuerkammer D mit einem bombierten Mittelteil der Trennwand 9, welches nach oben im Inneren der Arbeitskammer A ragt.
Ein starres, metallisches oder aus Kunststoff hergestelltes Einsatzteil 18 ist in das bombierte Mittelteil der Trennwand 9 gesteckt und bestimmt mit der besagten Trennwand 9 einen schmalen, kreisbogenförmigen Durchgang E, welcher

– einerseits über eine im unteren Teil des Einsatzteils 18 angelegte Öffnung 19 mit der Steuerkammer D und
– andererseits über eine in der Trennwand 9 angelegte Öffnung 20 mit der Arbeitskammer A

Wie in den 1 bis 3 dargestellt, ist der Kolben 16 durch ein elektromagnetisches Stellglied 21 mit variabler Reluktanz gesteuert, welches Folgendes aufweist:

– einen Elektromagneten 22, welcher wiederum einerseits das oben genannte metallische Gehäuse 13 aufweist, welches aus einem magnetischen und insbesondere aus einem metallischen, aus dünnen Lagen bestehenden Material beispielsweise aus aneinander gefügten Siliziumstahl-Folien besteht und andererseits eine elektrische ringförmige Spule 23, welche auf der vertikalen Achse Z zentriert und innerhalb des Gehäuses 13 angeordnet ist, sowie
– einen beweglichen magnetischen Kern 24, welcher wiederum bevorzugt aus einem metallischen, aus dünnen Lagen bestehenden Material beispielsweise aus aneinander gefügten Siliziumstahl-Folien besteht, wobei dieser bewegliche Kern mit dem Kolben 16 fest verbunden ist.

Im dargestellten Beispiel weist das metallische Gehäuse 13 eine U-Form auf, welche in einer vertikalen Ebene mit einerseits der Achse Z und andererseits einer horizontalen quer verlaufenden Achse X enthalten ist, wobei das Gehäuse 13 somit eine horizontale Basis 25 und zwei Seitenarme 26 mit rechteckigem horizontalem Querschnitt aufweist, welche sich jeweils nach oben erstrecken und dabei die Spule 23 einrahmen.
Ferner weist der bewegliche Kern 24 eine vertikale Mittelstange 27 mit rechteckigem horizontalem Querschnitt auf, welche nach oben durch eine Feder 28 belastet wird, die sich auf die Basis 25 des Gehäuses 13 abstützt und durch einen Luftspalt von der besagten Basis getrennt ist.
Das obere Ende der Mittelstange 27 ist durch Einrasten mit dem Kolben 16 fest verbunden und verlängert sich nach außen durch zwei horizontale Arme 30 verlängert, welche wiederum nach unten durch zwei gegenüber den Seitenarmen 26 des Gehäuses 13 angeordnete Ränder 31 verlängert sind.
Schließlich weist die Basis 25 des Gehäuses 13 zwei Linearisierungspole 32 auf, welche sich jeweils in Form einer sich horizontal gemäß einer senkrecht zur oben genannten Achse X verlaufenden Achse Y erstreckenden Rippe darstellen, wobei jeder Linearisierungspol sich vertikal erstreckt und dabei eine quer verlaufende Breite hat (gemäß der Achse X gemessen), welche nach oben abnimmt.
Diese zwei Linearisierungspole rahmen die Mittelstange 27 des beweglichen Kerns ein und weisen zwei vertikale Innenflächen 33 auf, welche parallel zu den gegenüber 34 der Stange 27 angeordneten Flächen verlaufen.
Durch die Linearisierungspole 32 kann erreicht werden, dass die vom Elektromagneten 22 auf den beweglichen Kern 27 ausgeübte Kraft lediglich von der Stärke des die Spule 23 durchfließenden elektrischen Stroms abhängt, solange diese Stromstärke sich in einem normalen Funktionsbereich befindet und die Höhe z des Luftspaltes ihrerseits in einem normalen Funktionsbereich liegt.
Wie in der 4 mit durchgezogener Linie dargestellt, ist die vom elektromagnetischen Stellglied 21 auf den Kolben 16 ausgeübte Kraft, wenn der die Spule 23 durchfließende elektrische Strom I gleichbleibend gehalten wird, somit weitestgehend gleichbleibend und gleich einem Wert F(I), welcher proportional zum Quadrat der Stärke des elektrischen Stroms I ist, solange der Wert z des Luftspaltes zwischen zwei vorbestimmten Werten z0 und z1 liegt. Unter z0 steigt die Kraft F bei einem gleichbleibenden Strom I rasch an bis zu einem Anklebewert F0, wenn der Luftspalt z gleich Null wird. Umgekehrt nimmt die Kraft F rasch ab, wenn der Luftspalt z z1 übersteigt. Es ist jedoch anzumerken, dass der Hub des Kolbens 16 begrenzt werden kann, so dass der Luftspalt z niemals z1 übersteigt.
Wie in 4 gestrichelt dargestellt, erzeugten die in hydraulischen schwingungsdämpfenden Lagern herkömmlicherweise verwendeten nicht linearen elektromagnetischen Stellglieder auf den Kolben 16 eine Kraft F, welche stark vom Wert z des Luftspaltes abhing, so dass der Wert dieses Luftspaltes kontinuierlich gemessen werden musste und der Wert des Stromes von dem gemessenen Wert z abhängig gemacht werden musste, um das elektromagnetische Stellglied wirksam zu regeln, was ein aufwändiges und kostspieliges Stellsystem nach sich zog.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das aktive schwingungsdämpfende Lager hingegen durch eine einfache Steuervorrichtung wie beispielsweise die in 1 dargestellte Steuervorrichtung gesteuert werden, welche den Rechner 35 zur Regelung des Motors (CPU) verwendet. Genauer empfängt der Rechner 35 in an sich bekannter Weise ein Synchronisationssignal aus einer Menge (36) von Messungen (SYNC.), welche den Durchgang der Motorkolben an deren oberen Totpunkt erfassen.
Dieses Synchronisationssignal wird vom Rechner 35 empfangen, welcher ein Software-Modul 37 (RPM) enthält, welches die Motordrehzahl aufgrund des Synchronisationssignals in Umdrehungen/Min. berechnet. Anschließend wird die Motordrehzahl von einem Software-Modul 38 ("TABLE") verwendet, welches aufgrund von gespeicherten Wertetabellen die Amplitude A und die Phase φ des Signals ermittelt, welches für den die Spule 23 durchfließende Strom I steht, und zwar in Abhängigkeit

– der Motordrehzahl und
– eventuell anderer externer Parameter wie beispielsweise Zustandsinformationen betreffend die Funktionsweise des Getriebes, wobei diese Informationen dem Rechner 35 von einem oder mehreren Sensoren 39 (B.D.V.) gegeben werden können.

Die vom Software-Modul 38 ermittelten Amplitude und Phase werden einem Modul 40 (CTRL) übertragen, welches aufgrund dieser Amplitude und dieser Phase sowie aufgrund des Synchronisationssignals ein Signal i(t) sendet, welches anschließend von einem Verstärker 41 zur Gewinnung der die Spule 23 durchfließende Stärke I(t) verstärkt werden kann.
Wie in 5 dargestellt, kann die zu I(t)² proportionale Kraft F(t) einem relativ komplexen Signal entsprechen, wobei in diesem Fall eine Kontrolle des Stromes I(t) mittels eines im Rechner 35 oder im Verstärker 41 integrierten Regelungssystems erforderlich ist.
Wie in 5 ersichtlich ist, hat die auf den Kolben 16 übertragene Kraft F(t) eine Mittelkomponente Fm, welche vorliegend nach unten gerichtet ist, da der Elektromagnet 22 lediglich in einer Richtung auf den beweglichen Kern 24 wirkt. Um zu verhindern, dass die Mittelkomponente Fm der Kraft F den beweglichen Kern 24 aus dem Linearitätsbereich des elektromagnetischen Stellgliedes herausbringt, ist die Feder 28 derart dimensioniert, dass eine nach oben gerichtete Kraft erzeugt wird, welche weitestgehend Fm gleich ist, wenn der bewegliche Kern 24 sich in der Mitte des Linearitätsbereichs befindet, d.h., wenn der Luftspalt z weitestgehend gleich dem Mittel von z0 und z1 ist (4).
Eventuell kann man sich – wie in 6 dargestellt – damit begnügen, am Rechner 35 ein rechteckiges Signal i(t) zu erzeugen, mit welchem auf den Kolben 16 eine Kraft F(t) ausgeübt werden kann, welche wiederum einem rechteckigen, d.h. fensterförmigen Signal entspricht. In diesem Fall muss das Signal i(t) oder I(t) nicht abhängig gemacht werden.
Dieses rechteckige Signal wird durch den schmalen Durchgang E gefiltert, dessen Resonanzfrequenz der Frequenz des Motorleerlaufs entspricht (z.B. ca. 30 Hz), so dass die in die Arbeitskammer A gelangenden Gegenschwingungen die vom Motor im Leerlauf erzeugten Schwingungen trotz der vereinfachen Form des Signals F(t) wirksam aufheben.
Ferner kann – wie in 7 dargestellt – durch die vorhandene Steuerkammer D und den vorhandenen schmalen Durchgang E die Wirksamkeit des Antriebs des Kolbens 16 bei den Leerlauffrequenzen, d.h. in einem bestimmten Bereich von Frequenzen Δf von Kolbenschwingungen um die Leerlauffrequenz f0 herum verbessert werden (f0 kann beispielsweise in der Größenordnung von 30 Hz liegen und Δf kann beispielsweise in der Größenordnung von 10 bis 20 Hz liegen). Wie mit durchgezogener Linie in 7 dargestellt, ist nämlich die zwischen dem Kopf 2 und der Aufnahme 4 des schwingungsdämpfenden Lagers ausgeübte Kraft F' im Frequenzbereich Δf für eine gegebene Amplitude des Signals der auf den Kolben ausgeübten Kraft F(t) maximiert.
Bei nicht vorhandener Steuerkammer D und nicht vorhandenem schmalem Durchgang E – wie in 7 gestrichelt dargestellt – wäre die Wirksamkeit des Kolbenantriebs bei den Motorleerlauffrequenzen geringer. Diese Wirksamkeit wäre dann hingegen höher bei relativ hohen Frequenzen, welche beispielsweise 100 Hz übersteigen, jedoch ist dies irrelevant, da das erfindungsgemäße schwingungsdämpfende Lager speziell für die Dämpfung der durch die Motorleerlauffrequenzen bedingten Schwingungen bestimmt ist, die die störendsten und vom Benutzer wahrnehmbarsten sind.
Wenn übrigens die Motordrehzahl einen vorbestimmten Wert übersteigt, welcher beispielsweise 100 Hz (1500 Umdrehungen/Min. bei einem Vierzylindermotor) entspricht, wird der Kolben 16 bevorzugt dadurch blockiert, dass der bewegliche Kern 24 des elektromagnetischen Stellgliedes zum "Kleben" an das Gehäuse 13 des Elektromagneten gebracht wird. Hierzu wird die Spule 23 mit einem starken Gleichstrom beaufschlagt, bis der Luftspalt z auf Null reduziert wird, wonach der Strom reduziert werden kann, da die Blockierkraft F0 des beweglichen Kerns sehr hoch ist (s. 4).
In einer Variante könnte – wie in 8 dargestellt – die Stange 27 mit dem Gehäuse 13 fest verbunden sein, wobei der bewegliche Kern 24 dann auf seinen oberen Teil reduziert ist und die Linearisierungspole 32 sich von diesem beweglichen Kern aus nach unten erstrecken. In diesem Fall können ebenfalls zwei zusätzliche Linearisierungspole 42 vorgesehen sein, welche jeweils die Form einer sich horizontal entsprechend der Y-Achse erstreckenden Rippe aufweisen, und sich vertikal nach unten mit einer quer verlaufenden Breite (entsprechend der X-Achse gemessen, nach unten abnehmend) erstrecken.
Diese zwei zusätzlichen Linearisierungspole 42 sind in der Nähe der Seitenarmen 26 des Gehäuses 13 angeordnet, welche im Inneren einen Ansatz 26a aufweisen können, der nach oben gerichtet und weitestgehend an den zusätzlichen Linearisierungspolen 42 angeordnet ist. Jeder der zusätzlichen Linearisierungspole 42 weist eine vertikale Außenfläche auf, welche parallel zur Innenfläche des entsprechenden Seitenarms 26 des Gehäuses 13 verläuft.
In einer anderen, in 9 dargestellten Variante sind die Linearisierungspole 32, 42 wie im Beispiel gemäß der 1 mit dem Gehäuse 13 fest verbunden, wobei die vertikalen Außenflächen der zusätzlichen Linearisierungspole 42 dieses Mal gegenüber den vertikalen Innenflächen der Ränder 31 des beweglichen Kerns 24 angeordnet sind.
Schließlich könnten die Linearisierungspole 42 gemäß einer weiteren, in 10 dargestellten Variante vertikale Außenflächen aufweisen sowie Innenflächen 43, die sich schräg erstrecken und nach oben auseinander gehen, wobei der untere Teil der Stange 27 des beweglichen Kerns 24 dann wiederum schräge Flächen 44 aufweist, welche parallel zu den oben genannten Flächen 43 verlaufen.

Claims

Aktives hydraulisches, schwingungsdämpfendes Lager zum Anordnen zwischen zwei starren Elementen in einem Automobil, um Schwingungen zwischen diesen beiden Elementen zu dämpfen und zu filtern, wobei dieses Lager zumindest folgendes aufweist: – eine erste und eine zweite starre Armatur (4, 2), die mit dem ersten bzw. dem zweiten starren Element verbindbar sind; – eine Wand aus Elastomer (6), die die erste und zweite Armatur (4, 2) miteinander verbindet und dabei eine Arbeitskammer (A) definiert, die mit Flüssigkeit gefüllt ist, – einen Kolben (16), der zumindest eine Fläche in Kontakt mit der Flüssigkeit hat und der an der ersten Armatur (4) so angebracht ist, dass er sich gemäß einer Schwingungsachse (Z) bewegen kann, wobei dieser Kolben über elastische Mittel (28) in Richtung einer Ruhestellung belastet ist; und – ein elektromagnetisches Stellglied (21), das folgendes aufweist: einen Elektromagneten (22) mit einer einem metallischen Gehäuse (13) zugeordneten elektrische Spule (23), und einen beweglichen magnetischen Kern (24), der unter der Einwirkung des Elektromagneten beweglich ist und der mit dem Kolben verbunden ist, um in der Flüssigkeit Gegenschwingungen zu erzeugen, dadurch gekennzeichnet, dass das elektromagnetische Stellglied (21) ein Elektromagnet-Proportional-Stellglied ist und dass das Gehäuse (13) des Elektromagneten und der bewegliche Kern (24) so gestaltet sind, dass der bewegliche Kern, wenn die Spule (23) von einem elektrischen Strom mit einen Wert durchflossen wird, der sich in einem normalen Funktionsbereich befindet, und er (24) sich in einem bestimmten Positionsbereich (z0–z1) befindet, der der normalen Funktionsweise des elektromagnetischen Stellglieds entspricht, eine Kraft (F) erfährt, die nur von diesem Strom abhängt.
Schwingungsdämpfendes Lager nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (13) des Elektromagneten und der bewegliche Kern (24) so gestaltet sind, dass der bewegliche Kern eine Kraft erfährt, die proportional zum Quadrat der Stärke des elektrischen Stroms ist, der die Spule durchfließt, wenn dieser elektrische Strom einen Wert hat, der sich innerhalb des besagten Bereichs der normalen Funktionsweise befindet, und wenn der bewegliche Kern sich in dem Positionsbereich befindet, der der normalen Funktionsweise des elektromagnetischen Stellglieds entspricht.
Schwingungsdämpfendes Lager nach einem der Ansprüche 1 und 2, wobei das Lager außerdem eine weiche Wand (10) aus Elastomer aufweist, die von der ersten Armatur (4) getragen wird und eine Kompensationskammer (B) definiert, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und mit der Arbeitskammer (A) über einen schmalen Kanal (C) kommuniziert.
Schwingungsdämpfendes Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches Lager außerdem eine Steuerkammer (D) aufweist, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und mit der Arbeitskammer (A) über einen schmalen Durchgang (E) kommuniziert, wobei der Kolben (16) in Kontakt mit der Flüssigkeit in dieser Steuerkammer (D) steht.
Schwingungsdämpfendes Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die von dem Elektromagneten (22) auf den beweglichen Kern ausgeübte Kraft (F) immer in dem gleichen Sinn gerichtet ist und einen bestimmten Mittelwert (Fm) hat, wobei die elastischen Mittel (28) so angeordnet sind, dass sie den beweglichen Kern (24) in dem der von dem Elektromagneten (22) ausgeübten Kraft entgegengerichteten Sinne beaufschlagen, und wobei die elastischen Mittel so dimensioniert sind, dass sich der bewegliche Kern, wenn der Elektromagnet die mittlere Kraft auf den beweglichen Kern ausübt, in einer mittleren Position befindet, und zwar im Wesentlichen zentriert bezüglich des Positionsbereichs (z0–z1), der der normalen Funktionsweise des elektromagnetischen Stellglieds entspricht.
Schwingungsdämpfendes Lager nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem das Gehäuse (13) und der bewegliche Kern (24) aus einem aus dünnen Lagen bestehenden metallischen Material ausgebildet sind und ein erstes bzw. ein zweites magnetisches Element bilden, wobei das Gehäuse im Wesentlichen die Form eines U mit einer Basis (25) hat, die sich entlang einer Querachse (X) rechtwinklig zur Schwingungsachse (Z) zwischen zwei Seitenarmen (26) erstreckt, die sich ihrerseits parallel zur Schwingungsachse erstrecken, wobei die Spule (23) zwischen den Seitenarmen angeordnet ist und auf der Schwingungsachse (Z) zentriert ist, wobei sie eine Mittelstange (27) umgibt, die sich entlang der besagten Schwingungsachse erstreckt und die zu dem ersten magnetischen Element gehört, wobei diese Mittelstange von dem zweiten magnetischen Element durch einen gewissen Luftspalt (29) entlang der Schwingungsachse (Z) getrennt ist, und wobei das zweite magnetische Element außerdem zwei erste Linearisierungspole (32) aufweist, die die Mittelstange (27) entlang der Querachse (X) einrahmen und die sich parallel zur Schwingungsachse (Z) im Inneren der Spule (23) erstrecken und dabei eine querverlaufende Breite haben, die in Richtung des ersten magnetischen Elements abnimmt, wobei die beiden ersten Linearisierungspole und die Mittelstange jeweils gegenüberliegende, parallele Flächen (33, 34) haben.
Schwingungsdämpfendes Lager nach Anspruch 6, wobei das erste magnetische Element außerdem zwei zweite Linearisierungspole (42) aufweist, die wechselseitig entlang der Querachse (X) ausgerichtet sind und die außerhalb der Spule (23) angeordnet sind, wobei sich diese beiden zweiten Linearisierungspole jeweils entlang der Schwingungsachse (Z) erstrecken und dabei eine querverlaufende Breite haben, die in Richtung des zweiten magnetischen Elements abnimmt, wobei das zweite magnetische Element zwei axiale Wände (26, 31) aufweist, die sich entlang der Schwingungsachse erstrecken und die die beiden zweiten Linearisierungspole (42) einrahmen, wobei die zweiten Linearisierungspole und die beiden axialen Wände jeweils Flächen aufweisen, die einander gegenüber liegen und zueinander parallel verlaufen.
Aktives schwingungsdämpfendes System mit einem schwingungsdämpfenden Lager (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche und einem Steuerkreis (35, 41), der die Spule (23) des Elektromagneten speist, wobei dieser Steuerkreis dazu ausgestaltet ist, zu jedem Zeitpunkt den der Spule zugeführten Strom in Funktion von zumindest einem Parameter zu bestimmen, der mit der Funktionsweise des Motors in Zusammenhang steht, und zwar unabhängig von der momentanen Position des beweglichen Kerns (24) bezüglich des Gehäuses (13) des Elektromagneten.
Schwingungsdämpfendes System nach Anspruch 8, wobei der Steuerkreis einen Steuerungsrechner (35) des Motors des Fahrzeugs aufweist, der zu jedem Zeitpunkt den der Spule des Elektromagneten zugeführten elektrischen Strom bestimmen kann, und zwar als Funktion eines Synchronisationssignals, das mit dem tatsächlichen Funktionszyklus des Motors in Zusammenhang steht, und als Funktion von gespeicherten Daten, wobei diese gespeicherten Daten zumindest die Amplitude und die Phase eines Signals abbilden, das für den der Spule zugeführten elektrischen Strom als Funktion des Synchronisationssignals steht.
Schwingungsdämpfendes System nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, wobei das Signal, das für den elektrischen Strom steht, im Wesentlichen ein rechteckiges Signal ist, und wobei das schwingungsdämpfende Lager eine Steuerkammer (D) aufweist, die mit Flüssigkeit gefüllt ist und mit der Arbeitskammer (A) über einen schmalen Durchgang (E) kommuniziert, wobei der Kolben (16) in Kontakt mit der Flüssigkeit in dieser Steuerkammer steht.
Schwingungsdämpfendes System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der Steuerkreis (35, 41) dazu ausgestaltet ist, der Spule (23) des Elektromagneten einen elektrischen Strom zuzuführen, der ausreichend stark ist, um den beweglichen Kern (24) zu blockieren, wenn das Synchronisationssignal einem Bereich entspricht, der eine vorbestimmte Frequenz überschreitet.