DE102008055535A1

DE102008055535A1 - Aktives, hydraulisch dämpfendes Lager, insbesondere Motorlager

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Publication number: DE102008055535A1
Application number: DE102008055535A
Authority: DE
Inventors: Hans-Jürgen Dr. Karkosch; Peter-Michael Marienfeld; Bernhard Uhrmeister
Original assignee: ContiTech Vibration Control GmbH
Current assignee: ContiTech Vibration Control GmbH
Priority date: 2008-12-17
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2010-07-01
Anticipated expiration: 2028-12-18
Also published as: DE102008055535B4

Abstract

Aktives, hydraulisch dämpfendes Lager, insbesondere Motorlager für ein Kraftfahrzeug, das folgende Bestandteile enthält: - eine Aufhängung für eine Last - eine mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllte Arbeitskammer, die durch ein Elastomerbauteil begrenzt ist, - eine Membran, deren eine Oberfläche der Arbeitskammer zugewandt ist und die derart aufgehängt ist, dass sie in Längsrichtung des Lagers auslenkbar ist, - mindestens einen Linearaktor, - einen Wegübersetzungsmechanismus, der einerseits mit dem Aktor und andererseits mit der Membran in Wirkverbindung steht, wobei der Wegübersetzungsmechanismus aus einem Getriebe besteht, in dem die Wegübersetzung über ein inkompressibel verformbares Medium erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft ein aktives, hydraulisch dämpfendes Lager, insbesondere Motorlager für ein Kraftfahrzeug, das folgende Bestandteile enthält:

– eine Aufhängung für eine Last
– eine mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllte Arbeitskammer, die durch ein Elastomerbauteil begrenzt ist,
– eine Membran, deren eine Oberfläche der Arbeitskammer zugewandt ist und die derart aufgehängt ist, dass sie in Längsrichtung des Lagers auslenkbar ist,
– mindestens einen Linearaktor,
– einen Wegübersetzungsmechanismus, der einerseits mit dem Aktor und andererseits mit der Membran in Wirkverbindung steht.

Aktive Motorlager für Kraftfahrzeuge sind aus dem Stand der Technik seit langem bekannt. Ein aktives Motorlager verfügt über eine Arbeitskammer, die über einen Ringkanal mit einer Ausgleichskammer verbunden ist. Wenn in das Motorlager Schwingungen mit niedrigen Frequenzen eingeleitet werden, fließt aus der Arbeitskammer über den Ringkanal Hydraulikflüssigkeit in die Ausgleichskammer und zurück. Hierbei werden die in das Motorlager eingeleiteten Schwingungen gedämpft. Wenn in das Motorlager Schwingungen mit hohen Frequenzen eingeleitet werden, ist der Ringkanal dynamisch verschlossen, so dass durch den Ringkanal keine Hydraulikflüssigkeit von der Arbeitskammer in die Ausgleichskammer übertreten kann. Deshalb soll für hochfrequente Schwingungen, die in das Motorlager eingeleitet werden, eine möglichst gute Isolation zwischen dem Motor und der Karosserie des Kraftfahrzeuges erreicht werden, so dass ein möglichst geringer Anteil der Schwingungen in die Karosserie eingeleitet wird. Zur Erreichung dieses Ziels verfügt ein aktives Motorlager über eine Membran, die in Längsrichtung des Lagers auslenkbar ist und die mit einem Aktor angesteuert wird. Die Membran wird durch den Aktor derart gesteuert, dass das Volumen der Arbeitskammer des Motorlagers auch dann möglichst konstant gehalten wird, wenn in das Motorlager hochfrequente Schwingungen eingeleitet werden.
Ein Lager der eingangs genannten Art ist aus der DE 38 21 368 C2 bekannt. Bei dem aus dieser Druckschrift bekannten Motorlager wird die Membran mit Hilfe eines Linearaktors in Form eines piezoelektrischen Aktors angesteuert. Die Verwendung eines piezoelektrischen Aktors hat den Vorteil, dass in ihm bei Anlegung einer hochfrequenten Spannung auf einfache Art und Weise hochfrequente Längenänderungen erzeugt werden können. Die Längenänderungen werden auf die Membran des Motorlagers übertragen, was zu dem gewünschten Volumenausgleich der Arbeitskammer mit Hilfe der Membran führt. Piezoelketrische Aktoren weisen jedoch den Nachteil auf, dass in ihnen nur kleine Längenänderungen erzeugt werden können. Aus diesem Grunde wurde in der DE 38 21 368 C2 auch schon vorgeschlagen, in dem Motorlager einen Wegübersetzungsmechanismus vorzusehen, der einerseits mit dem Aktor und andererseits mit der Membran in Wirkverbindung steht. Mit Hilfe des Wegübersetzungsmechanismus werden kleine Längenänderungen des piezoelektrischen Aktors in große Lageänderungen der Membran umgewandelt, so dass die Membran große Wege zurücklegen und große Volumina in der Arbeitskammer ausgleichen kann. Es ist jedoch festzustellen, dass der aus der genannten Druckschrift bekannte Wegübersetzungsmechanismus und damit das gesamte Motorlager einen komplizierten Aufbau aufweist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein aktives, hydraulisch dämpfendes Lager, insbesondere ein Motorlager für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, das bei hochfrequenten Schwingungen einen großen Volumenausgleich in der Arbeitskammer ermöglicht und das einen einfachen Aufbau aufweist.
Die Aufgabe wird gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 dadurch gelöst, dass der Wegübersetzungsmechanismus aus einem Getriebe besteht, in dem die Wegübersetzung über ein inkompressibel verformbares Medium erfolgt.
In dem erfindungsgemäßen aktiven Lager können Linearaktoren aller Art zum Einsatz kommen, insbesondere elektroaktive Elastomeraktoren, magnetostriktive Aktoren oder elektrostriktive Aktoren.
Der mit der Erfindung erzielte Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass mit Hilfe des Linearaktors über das Getriebe ein großer Volumenausgleich erfolgen kann und dass das Motorlager gleichzeitig einen einfachen Aufbau aufweist. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass der Linearktor zur Erzeugung einer Wegübersetzung über das inkompressibel verformbare Medium in beliebiger Richtung auf dieses einwirken kann, so dass die Orientierung des Linearaktors in dem aktiven Motorlager frei wählbar ist. Daher kann die Bauform des aktiven Motorlagers besonders gut an die Erfordernisse in dem Kraftfahrzeug angepasst werden. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu sehen, dass auf einfache Art und Weise mehrere Linearaktoren in das aktive Motorlager eingebracht werden können, von denen jeder auf das inkompressibel verformbare Medium zur Erzeugung einer Wegübersetzung einwirkt. Somit können mit Hilfe des erfindungsgemäßen aktiven Motorlagers besonders einfach besonders große Wegübersetzungen erzielt werden, obwohl in jedem einzelnen Linearaktor nur eine kleine Längenänderung erzeugt wird.
Ein Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist dadurch gekennzeichnet, dass

– der Aktor über eine Wirkfläche mit dem inkompressibel verformbaren Medium in Wirkverbindung steht, und
– das Getriebe einen Kolben enthält, der über seine erste Stirnfläche mit dem inkompressibel verformbaren Medium und über seine zweite Stirnfläche mit dem Element in Wirkverbindung steht, wobei die Wirkfläche größer ist als die erste Stirnfläche, und wobei
– die restliche Oberfläche des inkompressiblen Mediums zumindest weitgehend starr eingespannt ist.

Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass sowohl der Aktor als auch der Kolben direkt auf das inkompressilbel verformbare Medium, in dem die Wegübersetzung erfolgt, direkt einwirkt, und das Getriebe daher einen einfachen Aufbau aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 ist der Kolben mit der Oberfläche der Membran verbunden, die der Arbeitskammer abgewandt ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Membran von einem Getriebe ansteuerbar ist, das komplett von der Arbeitskammer getrennt ist und nicht mit der Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer in Berührung kommt. Somit können keine Abdichtungsprobleme auftreten.
Grundsätzlich kann zur Ausführung der Erfindung jedes inkompressibel verformbare Medium verwendet werden. So ist es beispielsweise möglich, als inkompressibles verformbares Medium eine inkompressible verformbare Flüssigkeit zu verwenden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 ist das inkompressible verformbare Medium jedoch vorzugsweise als Elastomerbauteil ausgebildet. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass es sich bei einem Elastomerbauteil um ein Standardbauteil handelt und die Verwendung eines Elastomerbauteils auf einfache Art und Weise möglich ist. So kann ein Elastomerbauteil beispielsweise verwendet werden, ohne dass weitere Dichtungen, die das Getriebe nach außen abdichten, verwendet werden müssen (im Gegensatz dazu könnte eine Flüssigkeit nur unter Verwendung von Dichtungen eingesetzt werden). Ein weiterer Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass ein Elastomerbauteil auf einfache Art und Weise in beliebiger Form ausgebildet werden kann. Das Elastomerbauteil kann daher mit geringem Aufwand an die Bauraumerfordernisse des Motorlagers angepasst werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 sind die Wirkfläche des Aktors und die erste Stirnfläche des Kolbens fest mit dem Elastomerbauteil verbunden, und die zweite Stirnfläche des Kolbens ist fest mit der Membran verbunden. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass sowohl mit dem Aktor als auch mit dem Kolben sowohl Schub- als auch Zugkräfte auf das Elastomerbauteil und auf die Membran übertragen werden können. Somit kann mit Hilfe des Aktors die Membran sowohl aufwärts als auch abwärts bewegt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 weist das Lager mehrere Aktoren auf, von denen jeder über eine Wirkfläche mit dem inkompressibel verformbaren Medium in Wirkverbindung steht, wobei die Summe der Stirnflächen größer ist als die erste Stirnfläche des Kolbens. Ein Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass jeder einzelne Aktor über eine kleine Wirkfläche verfügen kann und somit besonders klein ausgebildet sein kann. Somit ist es möglich, mehrere kleine Aktoren innerhalb des Motorlagers unterzubringen, so dass das Motorlager nur einen geringen Bauraum benötigt. Ein weiterer Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass mit mehreren Aktoren eine große Wegänderung der Membran und damit ein großer Volumenausgleich erzeugt werden kann, da sich die einzelnen von den Aktoren erzeugten Wegänderungen in ihrer Wirkung addieren.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 stehen die Längsachse eines jeden Aktors und die Längsachse des Kolbens senkrecht aufeinander. Vorzugsweise ist der Kolben in Längsrichtung des Motorlagers ausgerichtet, wobei die Aktoren dann in einer Querschnittsebene des Motorlagers liegen. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das Motorlager nur eine geringe Längsausdehnung hat und somit in der Längsrichtung nur einen geringen Bauraum benötigt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 weist das inkompressible verformbare Medium die Form eines Zylinders auf, wobei der mindestens eine Aktor mit der Mantelfläche und der Kolben mit der Stirnfläche des Zylinders in Wirkverbindung stehen. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass mit der Mantelfläche des Zylinders besonders viele Aktoren in Wirkverbindung stehen können und das Motorlager dennoch einen kompakten Aufbau aufweist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 9 ist das inkompressible verformbare Medium und jeder Aktor in eine Scheibe des Lagers integriert, wobei zwischen der Membran und der Scheibe ein Freiraum verbleibt. Ein Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass das inkompressible verformbare Medium und jeder Aktor in die Scheibe eingebettet und somit besonders gut vor äußeren mechanischen Belastungen geschützt sind. Ein weiterer Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass durch die Scheibe, in die das inkombressibel verformbare Medium eingebettet ist, auf einfache Art und Weise eine Einspannung des Mediums herbeigeführt wird. Vorzugsweise besteht die Scheibe aus Kunststoff und wird in einem Gießverfahren hergestellt, wobei der Aktor und das inkompressibel verformbare Medium direkt in die Scheibe eingebettet werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 10 steht der Freiraum zwischen der Scheibe und der Membran über mindestens einem Entlüftungskanal mit der Umgebung der Scheibe in Verbindung. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Freiraum entlüftet wird, wenn sich die Membran relativ zu der Drosselscheibe bewegt. Somit braucht der Luftwiderstand, der sich in dem Freiraum bildet, nicht überwunden zu werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 11 bestehen der Kolben und die Membran aus einem Material geringer Dichte zwischen 1,0 g/cm³ und 3,0 g/cm³. Vorzugsweise werden der Kolben und die Membran einteilig ausgebildet, wobei als Material entweder Kunststoff oder Aluminium gewählt wird. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Kolben und die Membran ein geringes Gewicht aufweisen. Somit werden durch eine Bewegung des Kolbens und der Membran nur geringe Kräfte in das Kraftfahrzeug eingeleitet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 12 sind der Aktor und das Getriebe in einer geschlossenen Kammer des Lagers angeordnet, deren Deckel durch die Membran gebildet wird, die über eine elastische Ringdichtung an der Seitenwand der Kammer befestigt ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass der Aktor und das Getriebe gut vor mechanischen Belastungen geschützt sind und darüber hinaus nicht mit der Hydraulikflüssigkeit des aktiven Lagers in Berührung kommen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 13 liegt die Kammer in der Arbeitskammer und ist mit der Seitenwand der Arbeitskammer verbunden, wobei die Kammer derart ausgerichtet ist, dass die der Arbeitskammer zugewandte Oberfläche der Membran der Aufhängung abgewandt ist. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass sich aufgrund der Ausrichtung der Membran innerhalb der Kammer die Kräfte, die in das aktive Lager eingeleitet werden, und die Kräfte, die durch die Membran erzeugt werden, zumindest zum Teil aufheben (näheres siehe Figurenbeschreibung).
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 14 ist die Kammer von einem Ringkanal umfasst, der die Arbeitskammer des Lagers mit einer Ausgleichskammer des Lagers verbindet. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Kammer komplett von der Arbeitskammer, dem Ringkanal und der Ausgleichskammer des Lagers getrennt ist und somit gegenüber der hydraulischen Flüssigkeit im Lager komplett abgekapselt ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 15 ist der Linearaktor als elektrostriktiver Aktor in Form eines piezoelektrischen Aktors ausgebildet. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass piezoelektrische Aktoren häufig eingesetzt werden und daher einfach verfügbar sind. Beispielsweise werden piezoelektrische Aktoren in Einspritzdüsen von Dieselmotoren eingesetzt.
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang mit den nachstehenden Figuren erläutert, darin zeigt:
1 ein aktives Lager in schematischer Darstellung,
2 einen Ausschnitt aus 1,
3 einen Querschnitt durch die 2,
4 ein aktives Lager in schematischer Darstellung.
1 zeigt ein aktives, hydraulisch dämpfendes Lager in Form eines aktiven Motorlagers 2 für ein Kraftfahrzeug in schematischer Darstellung. Derartige Motorlager 2 sind an sich bekannt, so dass der grundsätzliche Aufbau hier nur kurz erläutert werden soll. Das Motorlager 2 enthält einen Zapfen 4, an dem der Motor eines Kraftfahrzeuges aufgehängt wird. Ferner enthält das Motorlager 2 eine Arbeitskammer 6, die mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllt und durch ein Elastomerbauteil 8 begrenzt ist. Die Arbeitskammer 6 des Motorlagers 2 steht über einen Ringkanal 14 mit einer Ausgleichskammer 16 in Verbindung, die durch einen Balg 18 begrenzt ist. Schließlich enthält das Motorlager 2 eine Membran 10, deren eine Oberfläche 12 der Arbeitskammer 6 zugewandt ist (d. h., mit der Hydraulikflüssigkeit in der Arbeitskammer 6 in Berührung steht) und die derart aufgehängt ist, dass sie in Längsrichtung (angedeutet durch den Pfeil 20) des Motorlagers 2 auslenkbar ist. Das Motorlager 2 kann über Flansche 22a und 22b mit der Karosserie eines Kraftfahrzeuges verbunden werden.
Die Funktionsweise des aktiven Motorlagers 2 ist wie folgt:
Wenn über den (nicht gezeigten) Motor Schwingungen mit einer niedrigen Frequenz in das Motorlager 2 eingeleitet werden, wird Hydraulikflüssigkeit von der Arbeitskammer 6 über den Ringkanal 14 in die Ausgleichskammer 16 (bzw. in umgekehrter Richtung) überführt. Hierbei werden aufgrund der Drosselwirkung des Ringkanals 14 die in das Lager eingeleiteten Schwingungen gedämpft. Für hochfrequente Schwingungen, die durch den Motor in das Motorlager 2 eingeleitet werden, ist der Ringkanal 14 verschlossen, so dass dann keine Hydraulikflüssigkeit zwischen der Arbeitskammer 6 und der Ausgleichskammer 16 hin und her transportiert werden kann. Deshalb erfolgt bei hochfrequenten Schwingungen, die in das Motorlager 2 eingeleitet werden, in an sich bekannter Art und Weise ein Volumenausgleich der Arbeitskammer 6 mittels der Membran 10 mit dem Ziel, das Volumen der Arbeitskammer 6 konstant zu halten. Wenn die durch den Motor in das Motorlager 2 eingeleitete Kraft in Richtung der Membran 10 wirkt, so wird die Membran 10 zum Volumenausgleich nach unten gezogen. Wirkt hingegen die von dem Motor in das Lager eingeleitete Kraft in die umgekehrte Richtung, also von der Membran 10 weg, so wird die Membran 10 zum Volumenausgleich nach oben bewegt.
Die Bewegung der Membran 10 erfolgt mit Hilfe eines Linearaktors in Form eines piezoelektrischen Aktors 24, der über einen Wegübersetzungsmechanismus in Form eines Getriebes 26 mit der Membran 10 in Wirkverbindung steht und diese antreibt (piezoelektrischer Aktor 24 und Getriebe 26 sind in der 1 lediglich schematisch dargestellt). Der piezoelektrische Aktor 24 und das Getriebe 26 sind in einer geschlossenen Kammer 28 des Motorlagers 2 angeordnet, die von dem Ringkanal 14 umfasst wird. In dem Getriebe 24 erfolgt die Wegübersetzung über ein inkompressibel verformbares Medium. Wie dies im Einzelnen erfolgt, wird im Folgenden anhand der 2 erläutert.
2 zeigt die in der 1 gezeigte Kammer 28 im Detail. Der Deckel der zylinderförmigen Kammer 28 wird durch die Membran 10 gebildet, die über eine Ringdichtung 30 an der Seitenwand der Kammer 28 aufgehängt ist. Die Ringdichtung 30 übernimmt die Funktion, dass sie das Innere der Kammer 28 zur Arbeitskammer 6 des Motorlagers 2 (siehe 1) abdichtet. Darüber hinaus ermöglicht die Ringdichtung 30, dass die Membran 10 in Richtung des Pfeils 20 (also in Längsrichtung des Motorlagers 2) ausgelenkt und hin- und herbewegt werden kann.
In der Kammer 28 ist der piezoelektrische Aktor 24 und ein Getriebe 26 angeordnet, mit dem eine Wegübersetzung erfolgt. Die Wegübersetzung erfolgt über ein inkompressibel verformbares Medium, dass im gezeigten Ausführungsbeispiel als Elastomerbauteil 32 ausgebildet ist. Neben dem Elastomerbauteil 32 verfügt das Getriebe 26 über einen Kolben 34, der mit seiner ersten Stirnfläche 36 mit dem Elastomerbauteil 32 in Wirkverbindung steht. Mit seiner zweiten Stirnfläche 38 (in der 2 gestrichelt dargestellt) steht der Kolben 34 mit der Oberfläche 40 der Membran 10 in Wirkverbindung, die der Arbeitskammer 6 des Motorlagers 2 (siehe 1) abgewandt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind der Kolben 34 und die Membran 10, die die Form eines Stempels aufweist, einteilig ausgebildet. Kolben 34 und Membran 10 bestehen vorzugsweise aus einem Material geringer Dichte zwischen 1,0 g/cm³ und 3,0 g/cm³, vorzugsweise aus Kunststoff oder Aluminium. Der piezoelektrische Aktor 24 und das Elastomerbauteil 32 sind in einer Kunststoffscheibe 46 eingebettet. Der Freiraum 48, der zwischen der Kunststoffscheibe 46 und der Membran 10 verbleibt, wird über einen Entlüftungskanal 50 in die Umgebung entlüftet.
Im Folgenden wird erläutert, wie mit Hilfe des piezoelektrischen Aktors 24 und mit Hilfe des Getriebes 26, bestehend aus Elastomerbauteil 32 und Kolben 34, die Wegübersetzung erfolgt. Der piezoelektrische Aktor 24 wird in an sich bekannter Art und Weise elektrisch angesteuert, um die Membran 10 auszulenken. Durch Anlegen einer hochfrequenten Wechselspannung kann der piezoelektrische Aktor 24 in seiner Längsrichtung (angedeutet durch den Pfeil 42) verlängert oder verkürzt werden. Der Aktor 24 steht über eine Wirkfläche 44 mit der Fläche F mit dem Elastomerbauteil 32 in Wirkverbindung. Wird der Aktor 24 um die Strecke X verlängert, so dringt er in das inkompressibel verformbare Elastomerbauteil 32 ein und verdrängt dort das Volumen V = F × X. Aufgrund der Inkompressibilität des Elastomerbauteils 32 muss das von dem Aktor 24 verdrängte Volumen V an anderer Stelle durch Verformung des Elastomerbauteils 32 ausgeglichen werden. Die einzige Stelle, an der dieser Volumenausgleich erfolgen kann, ist im Bereich der Stirnfläche 36 des Kolbens 34, da die gesamte Oberfläche des Elastomerbauteils 32 komplett von der Kunststoffscheibe 46 umgeben und in diese eingespannt ist. Unter der Stirnfläche 36 des Kolbens 34 wird das Volumen V1 = F × X verdrängt. Da die Stirnfläche des Kolbens 36 die Fläche f aufweist, lässt sich das verdrängte Volumen auch ausdrücken durch V2 = f × y. Da aufgrund der Inkompressibilität des Elastomerbauteils 32 V1 = V2 gilt, ergibt sich ein Wegübersetzung y = (F/f) × X. Die Wegübersetzung ergibt sich also dadurch, dass die Stirnfläche 36 des Kolbens 34 kleiner ist als die Wirkfläche 44 des Aktors 24. Ist z. B. die Stirnfläche 36 halb so groß wie die Wirkfläche 44, so ergibt sich y = 2X, d. h. die Längenveränderung des Aktors 24 wurde mit Hilfe des Getriebes 26 und insbesondere mit Hilfe des inkompressibel verformbaren Elastomerbauteils 32 verdoppelt. Da der Kolben 34 direkt auf die Membran 10 wirkt, wird die Membran 10 um den Weg y ausgelenkt.
Vorzugsweise ist die Wirkfläche 44 des Aktors 4 und die erste Stirnfläche 36 des Kolbens 34 fest mit dem Elastomerbauteil 32 verbunden. Durch diese festen Verbindungen ist es möglich, dass die Membran 10 mit Hilfe des Aktors 4 nicht nur in Richtung der Arbeitskammer 6 des Motorlagers 2 (siehe 1) ausgelenkt wird, sondern auch in die entgegen gesetzte Richtung. Bei einer Verkürzung des Aktors um die Länge X wird nämlich aufgrund der festen Verbindung zwischen der Wirkfläche 44 und dem Elastomerbauteil 32 das Volumen V1 = F × X aus dem Elastomerbauteil 32 „herausgezogen”. Aufgrund des Volumenausgleichs wird der Kolben 34 um den Weg y = (F/f) × X heruntergezogen wird, wodurch auch die Membran 10 um den Weg y nach unten ausgelenkt wird. Somit ist mit Hilfe des in der 2 gezeigten Getriebes ein Volumenausgleich in der Arbeitskammer 6 des Motorlagers 2 (siehe 1) unabhängig davon möglich, ob der Motor nach oben oder nach unten ausgelenkt wird.
Kann aufgrund der an den Aktor 24 angelegten Wechselspannung der Aktor maximal um Länge XMax verlängert bzw verkürzt werden, kann die Membran 10 mit Hilfe des in der 2 gezeigten Getriebes maximal um den Weg ymax, der sich wie oben gezeigt ergibt, nach oben (also in Richtung des Zapfens 4 (s. 1)) oder nach unten (also von dem Zapfen 4 weg (s. 1)) ausgelenkt werden. Die Amplitude der Schwingung, die die Membran 10 bei Anlegen einer Wechselspannung an den Aktor 24 ausführt, beträgt also ymax.
Aufgrund der Entlüftung des Freiraums 48 braucht der Aktor 24 bei einer Auf- und Abbewegung der Membran 10 nicht gegen einen erhöhten Luftdruck zu arbeiten, der sich in einem abgeschlossenen Freiraum 48 einstellen würde. Die Längsachse des Aktors 24, die parallel zu dem Pfeil 42 verläuft und die Längsachse des Kolbens 34, die parallel zu dem Pfeil 20 verläuft, stehen senkrecht aufeinander, was einen besonders kompakten Aufbau des in der 2 gezeigten Getriebes erlaubt.
In dem in der 2 gezeigten Getriebe ist nur ein einziger Aktor 24 gezeigt, der auf das Elastomerbauteil 32 einwirkt. Es ist ebenfalls möglich, mehrere Aktoren 24 vorzusehen. Dies ist in der 3 dargestellt, die eine Draufsicht auf den Querschnitt entlang der in der 2 gezeigten Linie III/III zeigt. Der 3 ist zu entnehmen, dass in der Kunststoffscheibe 46 drei piezoelektrische Aktoren 24a, 24b und 24c angeordnet sind, die jeweils um ca. 120° zueinander versetzt sind und auf die Mantelfläche des zylinderförmigen Elastomerbauteils 32 einwirken. Die Längsachse eines jeden Aktors 24a bis 24c steht senkrecht auf der Längsachse des Kolbens 34. Jeder Aktor 24a bis 24c ruft die gleiche Wirkung auf das Elastomerbauteil 32 hervor, wie es im Zusammenhang mit der 2 für den Aktor 24 erläutert worden ist. Die einzelnen Wegübersetzungen, die mit Hilfe der Aktoren 24a bis 24c und mit Hilfe des Kolbens 34 erzeugt werden, addieren sich aufgrund der Inkompressibilität des verformbaren Elastomerbauteils 32. Eine Wegübersetzung mit Hilfe der Aktoren 24a bis 24c wird dann erzeugt, wenn die Summe der Wirkflächen 44a bis 44c größer ist als die erste Stirnfläche 36 des Kolbens 34, d. h. es muss gelten, F1 + F2 + F3 > f. Geht man davon aus, dass alle drei Aktoren 24a bis 24c eine Wirkfläche 44a bis 44c der Größe F haben und in ihnen durch Anlegen einer Spannung jeweils eine Längenänderung X herbeigeführt wird, so ergibt sich für die herbeigeführte Wegübersetzung:
y = (3F/f) × X, wobei y die Wegänderung bzw. die Auslenkung des Kolbens 34 ist. Es besteht also die Möglichkeit, mit Hilfe der drei Aktoren 24a bis 24c eine besonders große Wegänderung y hervorzurufen (wenn nämlich jede einzelne Wirkfläche F bereits größer als die Stirnfläche f des Kolbens 34 ist). Alternativ besteht die Möglichkeit, Aktoren 24a bis 24c mit einer kleinen Wirkfläche zu verwenden, so dass erst die Summe der drei Wirkflächen 44a bis 44c größer ist als die erste Stirnfläche 36 des Kolbens 34.
4 zeigt ein Motorlager 2, dass weitestgehend genauso aufgebaut ist, wie das in der 1 gezeigte Motorlager 2. Der einzige Unterschied ist darin zu sehen, dass die Kammer 28, in der der Aktor 24 und das Getriebe 26 angeordnet ist, im Motorlager anders ausgerichtet ist. Die Kammer 28 liegt in der Arbeitskammer 6 und ist über Streben 52 mit dem oberen Gehäuseteil 54 des Motorlagers 2 verbunden. Die Kammer 28 ist derart ausgerichtet, dass die der Arbeitskammer 6 zugewandte Oberfläche 12 der Membran von dem Zapfen 4 abgewandt ist. Eine derartige Orientierung der Kammer 28 in der Arbeitskammer 6 hat den folgenden Vorteil: wenn in das Motorlager 2 über den Zapfen 4 eine Kraft eingeleitet wird, die in Richtung der Kammer 28 (in der Figur nach also „unten”) wirkt, so muss die Membran 10 durch den Aktor 24 und das Getriebe 26 nach oben bewegt werden, um den entsprechenden Volumenausgleich zu bewirken. Hierdurch entsteht eine Kraft, die in Richtung des Zapfens 4 (in der 4 also nach „oben”) wirkt. Die beiden Kräfte sind also entgegengesetzt und heben sich zumindest zum Teil auf, so dass in das (nicht gezeigte) Kraftfahrzeug nur eine reduzierte Kraft eingeleitet wird. Im umgekehrten Fall, wenn also an den Zapfen 4 eine nach oben gerichtete Kraft angreift, muss die Membran 10 zum Volumenausgleich nach unten bewegt werden, so dass es auch in diesem Fall dazu kommt, dass sich die Kräfte zumindest zum Teil gegenseitig aufheben.

2: Motorlager
4: Zapfen
6: Arbeitskammer
8: Elastomerbauteil
10: Membran
12: Oberfläche
14: Ringkanal
16: Ausgleichskammer
18: Balg
20: Pfeil
22a, b: Flansch
24: Aktor
26: Getriebe
28: Kammer
30: Ringdichtung
32: Elastomerbauteil
34: Kolben
36: erste Stirnfläche
38: zweite Stirnfläche
40: Oberfläche
42: Pfeil
44: Wirkfläche
46: Kunststoffscheibe
48: Freiraum
50: Entlüftungskanal
52: Strebe
54: oberes Gehäuseteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3821368 C2 [0003, 0003]

Claims

Aktives, hydraulisch dämpfendes Lager, insbesondere Motorlager (2) für ein Kraftfahrzeug, das folgende Bestandteile enthält: – eine Aufhängung (4) für eine Last, – eine mit einer Hydraulikflüssigkeit gefüllte Arbeitskammer (6), die durch ein Elastomerbauteil (8) begrenzt ist, – eine Membran (10), deren eine Oberfläche (12) der Arbeitskammer (6) zugewandt ist und die derart aufgehängt ist, dass sie in Längsrichtung des Lagers auslenkbar ist, – mindestens einen Linearaktor (24), – einen Wegübersetzungsmechanismus, der einerseits mit dem Aktor (24) und andererseits mit der Membran (10) in Wirkverbindung steht, dadurch gekennzeichnet, dass der Wegübersetzungsmechanismus aus einem Getriebe (26) besteht, in dem die Wegübersetzung über ein inkompressibel verformbares Medium (32) erfolgt.
Aktives Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Aktor (24) über eine Wirkfläche (44) mit dem inkompressibel verformbaren Medium (32) in Wirkverbindung steht, und – das Getriebe (26) einen Kolben (34) enthält, der über seine erste Stirnfläche (36) mit dem inkompressibel verformbaren Medium (32) und über seine zweite Stirnfläche (38) mit der Membran in Wirkverbindung steht, wobei die Wirkfläche (44) größer ist als die erste Stirnfläche (36), und wobei – die restliche Oberfläche des inkompressibelen Mediums (32) zumindest weitgehend starr eingespannt ist.
Aktives Lager nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (34) mit der Oberfläche der Membran (10) verbunden ist, die der Arbeitskammer (6) abgewandt ist.
Aktives Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das inkompressibel verformbare Medium (32) als Elastomerbauteil (32) ausgebildet ist.
Aktives Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Wirkfläche (44) des Aktors (24) und die erste Stirnfläche (36) des Kolbens (34) fest mit dem Elatomerbauteil (32) verbunden ist, und dass die zweite Stirnfläche (38) fest mit der Membran (10) verbunden ist.
Aktives Lager nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager mehrere Aktoren (24a–24c) aufweist, von denen jeder über eine Wirkfläche (44a–44c) mit dem inkompressibel verformbaren Medium (32) in Wirkverbindung steht, wobei die Summe der Wirkflächen (44a–44c) größer ist als die erste Stirnfläche (36) des Kolbens (34).
Aktives Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachse eines jeden Aktors (24a–24c) und die Längsachse des Kolbens (36) senkrecht aufeinander stehen.
Aktives Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das inkompressibel verformbare Medium (32) die Form eines Zylinders aufweist, wobei der mindestens eine Aktor (24a–24c) mit der Mantelfläche und der Kolben (34) mit einer Stirnfläche des Zylinders in Wirkverbindung steht.
Aktives Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das inkompressibel verformbare Medium (32) und jeder Aktor (24a–24c) in eine Scheibe (46) integriert sind, und dass zwischen der Scheibe (46) und der Membran (10) ein Freiraum (48) verbleibt.
Aktives Lager nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Freiraum (48) zwischen der Scheibe (46) und der Membran (10) über mindestens einen Entlüftungskanal (50) mit der Umgebung der Scheibe (46) in Verbindung steht.
Aktives Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kolben (34) und die Membran (10) aus einem Material geringer Dichte zwischen 1,0 g/ccm und 3,0 g/ccm bestehen.
Aktives Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktor (24) und das Getriebe (26) in einer geschlossenen Kammer (28) des Lagers angeordnet sind, deren Deckel durch die Membran (10) gebildet wird, die über eine elastische Ringdichtung (30) an den Seitenwänden der Kammer (28) befestigt ist.
Aktives Lager nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (28) in der Arbeitskammer (6) liegt und mit der Seitenwand der Arbeitskammer (6) verbunden ist, und dass die Kammer (28) derart ausgerichtet ist, dass die der Arbeitskammer (6) zugewandte Oberfläche (12) der Membran (10) der Aufhängung (4) abgewandt ist.
Aktives Lager nach einem der Ansprüche 12 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammer (28) von einem Ringkanal (14) umfasst ist, die die Arbeitskammer (6) des Lagers mit einer Ausgleichskammer (16) des Lagers verbindet.
Aktives Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearaktor als elektrostriktiver Aktor in Form eines piezoelektrischen Aktors ausgebildet ist.