DE2947018C2

DE2947018C2 - Elastisches Lager, insbesondere zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE2947018C2
Application number: DE19792947018
Authority: DE
Inventors: Johannes van den Dipl.-Ing. 8073 Kösching Boom; Heinz Dipl.-Ing. 8070 Ingolstadt Hollerweger
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1979-11-22
Filing date: 1979-11-22
Publication date: 1982-05-27
Also published as: DE2947018A1

Description

Die Erfindung betrifft ein elastisches Lager, insbesondere zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung.

Ein Problem, das bei der Lagerung insbesondere von Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen besteht, liegt darin, daß die von der Brennkraftmaschine angeregten Schwingungen aus Gründen des Innengeräusches nur wenig auf die Fahrzeugstruktur übertragen weiden sollen. Herkömmliche Gummi-/Meta!la'ger oder auch mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllte Lager sind dazu nur begrenzt in der Lage, da eine Bewegung der Brennkraftmaschine relativ zur Fahrzeugstruktur über das Lager unmittelbar übertragen wird und zu Veränderungen der übertragenen Kräfte zumindest entsprechend der statischen Elastizität des Lagers führt.

Aus der CA-PS 7 81817 ist ein gattungsgemäßes Lager bekannt, bei dem ein zu lagernder Gegenstand auf einer federnden Hohlkugel aufliegt, die flüssigkeitsgefüllt ist und mit einem Zylinder verbunden ist, in welchem ein massebehafteter Kolben arbeitet. Die Hohlkugel wird bei jedwelcher Bewegung des Gegenstandes verformt, so daß der Kolben ausgelenkt wird und eine Tilgermasse bildet

Eine Eigenart des bekannien Lagers liegt darin, daß die Kopplung zwischen der Bewegung des zu lagernden Gegenstandes und des Kolbens für jede Bewegungsrichtung des Gegenstandes anders ist so daß die

ίο Resonanzfrequenz des Systems, die für die Unterdrükkung der Kraft- bzw. Schwingungsübertragung wesentlich ist, Undefiniert ist Desweiteren ist die Bewegung des Kolbens gegenüber dem Zylinder mit Haftreibung verbunden, wodurch das Ansprechen des Systems leidet.

Eine weitere Eigenart des Systems liegt darin, daß Schwingungen quer zur Längsrichtung des Zylinders, die das Fundament ausführt, die Funktionstüchtigkeit beeinträchtigen, da solche Schwingungen dem Kolben aufgeprägt werden und diesen in zunehmende Anlage an die Zylinderwand drängen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein elastisches Lager der im Oberbegriff des Hauptanspruchs angegebenen Gattung zu schaffen, mit der sich die Übertragung störender Anregungsfrequenzen auf

•>5 das Widerlager in wohl definierter Weise vermindern läßt.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß dem Hauptanspruch gelöst.

Durci; die erfindungsgemäße Befestigung der Tilgermasse an einem elastischen Element wird zunächst erreicht, daß die Schwingungen des Gesamtsystems, beispielsweise der Fahrzeugkarosserie, die Funktionstüchtigkeit der Tilgermasse nicht beeinträchtigen. Dadurch, daß das der Tilgermasse zugeordnete

!5 elastische Element, beispielsweise eine Membran, an den mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllten Raum angrenzt, welcher die Bewegungsübertragung zwischen dem den Lagerkern zugeordneten Federeleinent und der Tilgermasse bildet, wird die Tilgermasse nur von

4« solchen Schwingungen des Lagerkerns bzw. des daran befestigten Gegenstandes, beispielsweise einer Brennkraftmaschine, angeregt, die zu Druckschwankungen in dem mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllten Raum führen. Das Lager kann auf diese Weise so abgestimmt werden, daß es bei definierter Eigenfrequenz nur auf diejenigen Motorschwinguiigen anspricht, die zu unterdrücken beabsichtigt ist. Beispielsweise können dies bei einer Kolben-Brennkraftmaschine die in Koibenbewegungsrichtung infolge der Massenkräfte wirkenden Schwingungen sein. Auf Bewegungen quer zur Schwingungsrichtung der Kolben oder auf Drehschwingungen der Brennkraftmaschine spricht die Tilgermasse nicht an. Zusammenfassend ist es mit dem erfindungsgemäßen Lager möglich, auf eine ganz bestimmte Eigcnfrequenz eines massenbehafteten, frei schwingenden Körpers abzustimmen, der an sich mehrere Eigenschwingungsformen mit unterschiedlichen t'igenfrequenzen hat. Dies ist dadurch möglich, daß nur eine in eine Richtung erfolgende Bewegung des Körpers Flüssigkeits- und/oder Gasvolumen verdrängt, die in andere Richtung erfolgenden Bewegungen jedoch mit keiner Verdrängung verbunden sind.

Die Unteransprüche 2 bis 8 kennzeichnen vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßtn Lagers.

ο5 Mit den Merkmalen gerniiß Anspruch 2 läßt sich das Übertragungsverhalten zwischen Federelement und Tilgermasse beeinflussen und an verschiedene Betriebsbedingungen anpassen.

Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 3 wird eine Dämpfung insbesondere niederfrequenter Schwingungen bzw. von Schwingungen mit sehr großer Amplitude erzielt, wie sie durch die fahrzeugseitige Anregung auftreten.

Der Anspruch 4 kennzeichnet eine Ausfiihrungsform des Lagers, dessen Übertragung oberhalb einer Resonanzfrequenz theoretisch au.^r Null abnimmt und dann bei weiter zunehmenden Frequenzen wieder leicht ansteigt.

Mit den Merkmalen gemäß Anspruch 5 ka:.n das Übertragungsverhalten des Lagers gemäß Anspruch 4 in vorteilhafter Weise an die jeweiligen Betriebsbedingungen angepaßt werden.

Die Ansprüche 6 bis 8 kennzeichnen eine einfache Ausfiihrungsfoan des Lagers gemäß Anspruch 5. Der Druck im Behälter kann beispielsweise entsprechend dem Öldruck der Brennkraftmaschine, welcher sich mit der Drehzahl ändert, entsprechend einem über Fliehkraft abgeleiteten mechanischen Signal usw. verändert werden. Insgesamt läßt sich das Übertragungsminimum des Lagers an die jeweilige Drehzahl der Brennkraftmaschine anpassen. Die Kraft zum Verändern des Drucks im Behälter kann auch mit Hilfe eines an eine mit dem Behälterinneren verbundene Leitung angrenzenden Elektromagneten verändert werden, der mit einem drehzahlabhängigen Strom beaufschlagt ist. Dies ist besonders einfach bei der Ausführungsform des Lagers gemäß Anspruch 8 möglich, bei der die wirksame Größe der die Tilgerfeder bildenden beweglichen Wand bei zunehmendem Druck im Behälter durch zunehmende Anlage der beweglichen Wand an die Anlageflächen abnimmt, wodurch die Federkonstante zunimmt und sich die Resonanzfrequenz und damit auch die Frequenz minimaler Übertragung zu höheren Frequenzen veischiebt.

Zum Stand der Technik sei noch auf folgende Druckschriften hingewiesen:

Der DE-OS 18 00 376 ist im Hinblick auf den Erfindungsgegenstand die Lehre entnehmbar, eine schwingungsanregende Brennkraftmaschine elastisch mit einer Zwischenmasse zu verbinden, welche wiederum elastisch mit einem Fundament verbunden ist.

Die US-PS 28 19 775 lehrt das Merkmal, die Resonanzfrequenz eines hydraulisch arbeitenden Schwingungsdämpfers durch Verändern des Hydraulikdruckes zu verändern.

Die US-PS 29 19 883 schließlich zeigt einen hydraulischen Schwingungsdämpfer mit Drosselöffnungen.

Das erfindungsgemäße Lager eigtiet sich zur Verwendung in all den Anwendungsfällen, bei denen das Lager gezielt die Übertragung von Schwingungen bestimmter Frequenzbereiche (siehe F i g. 2 und F i g. 5) unterdrücken soll, beispielsweise zur Lagerung von Elektromotoren, Pumpen usw.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert. Es stellt dar

F i g. 1 ein Lager, welches eine zwischen zwei Federn angeordnete Tilgermasse enthält.

Fig. 2 die Übertragungsfunktion des Lagers gemäß Fig. 1.

Fig.3 ein hydraulisch/pneumatisches Lager nach dem Prinzip des Lagers der Fig. I,

Fig.4 ein Lager mit zwei Federn und einer Tilgermasse mit einer zusätzlichen Tilgerfeder,

Fig. 5 die Übertragungsfunktion des Lagers gemäß

P i σ Λ

ι ο

Fig.6 ein Gummi/Metallager nach dem Prinzip der Fi g. 4 mit hydraulischer/pneumatischer Tilgermasse,

F i g. 7 eine Ausführungsform des Lagers, welches Eigenschaften des Lagers, welches Eigenschaften des Lagers gemäß Fig.3 mit denen des Lagers gemäß F i g. 6 vereint und

Fig. 8 eine Weiterbildung des Lagers gemäß Fig. 7 mit zusätzlicher Dämpfung.

Gemäß Fig. 1 ist zwischen einem Lagerkern 1 und einer Tilgermasse 3 eine erste Schraubenfeder 5 und zwischen der Tilgermasse 3 und einem Widerlager 7 eine zweite Schraubenfeder 9 vorgesehen.

F i g. 2 zeigt die Kraftübertragungscharakteristik des Lagers gemäß Fig. 1. Auf der Ordinate ist das Verhältnis zwischen auf das Widerlager 7 wirkender Kraft und Auslenkung des Lagerkerns aufgetragen. Die Abszisse gibt die Frequenz an. Die gestrichelte Linie zeigt den statischen Fall für die Frequenz Null. Hier sind die beiden Kräfte gleich groß, d. h. das Verhältnis beträgt 1. Das Diagramm zeigt, daß die Kraftübertragung bei der Eigenfrequenz ωο ein Maximum erreicht und ab Frequenzen über y'2 · ωο kleiner ist als die statische Kraftübertragung. Bei Verwendung eines solchen Lagers zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in Kraftfahrzeugen wird die Körperschallübertragung von der Brennkraftmaschine in die Karosserie für Frequenzen größer j/2 · ωο verringert.

Das Svstem des Lagers gemäß Fig. 1 wurde bisher nur in der gemäß Fig. 1 senkrechten Richtung betrachtet. Selbstverständlich hat das System Eigenschwingungen auch in waagerechter Richtung, dessen Resonanzfrequenz von der gemäß F i g. 2 abweicht.

Ein eindeutiges Verhalten, d. h. eine einzige Resonanzanregungsfrequenz, wird mit dem Lager gemäß Fig. 3 erzielt. Hier ist der Lagerkern 1 über eine Membran 11 mit einem zylindrischen Metallkörper 13 verbunden, der sich über einen Ringflansch 15 auf dem Widerlager 7 abstützt. Eine weitere Membran 17 verbindet den Metallkörper 13 mit der Tilgermasse 3.

Wenn die Membran 11 schubweich ist, wird über die Membran 11 bei einer Auslenkung des Kerns 1 keine Kraft unmittelbar auf den Metallkörper 13 übertragen. Bei einer gewissen Schubsleifigkeit der Membran 17 übernimmt diese die Funktion der zweiten Schraubenfeder 9 des Lagers gemäß Fig. 1. Die Funktion der ersten Schraubenfeder 5 wird durch das System Inhalt des Raumes 19 (Flüssigkeit oder Gas) und Volumensteifigkeit der Membranen 11 und 17 übernommen, so daß die Funktion des Lagers der Fig. 3 der des Lagers gemäß Fig. 1 entspricht mit der Ausnahme, daß eine Bewegungsübertragung vom Lagerkern 1 auf die Tilgermasse 3 nur bei Auslenkungen des Lagerkerns 1 in der Senkrechten gemäß F i g. 3 erfolgt.

Der Druck im Raum 19 kann über einen nicht dargestellten Anschluß verändert werden, wodurch die Federkonstante und damit das Übertragungsverhalten des Lagers verändert wird.

Wenn die Membranen H, 16 nicht die genannten Steifigkeiten haben, sondern beispielsweise beide als Gummi- oder Stahlmembranen ausgebildet sind, ändert sich das Übertragungsverhalten des Lagers etwas, da dann nicht mehr das genaue Ersatzschaltbild der F i g. 1 ■?utrifft.F i g. 4 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Lagers gemäß Fig. 1. Hier ist die Tilgermasse 3 nicht unmittelbar zwischen den beiden Schraubenfedern 5 und 9 angeordnet, sondern ist über eine Tilgerfeder 21 am Verbindungspunkt zwischen den beiden Schraubenfedern 5 und 9 abgestützt.

F i g. 5 zeigt das Übertragungsverhalten des Lagers gemäß Fig. 4. Wie daraus ersichtlich wird die Kraftübertragung bei einer über der Resonanzfrequenz ωο liegenden Tilgerfrequenz ωι Null. d. h. es werden keine Schwingungen dieser Frequenz von dem Lagerkern 1 auf das Widerlager 7 übertragen.

F i g. 6 zeigt eine nach dem Prinzip der F i g. 4 arbeitende Ausführungsform eines Lagers:

Der Lagerkern 1 stützt sich über konische Gummielemente 23 und 25 auf dem Widerlager 7 ab. Zwischen die Gummielemente 23 und 25 ist ein topfförmiger Träger

26 einvulkanisiert, der eine vorzugsweise aus Gummi bestehende Membran 27 trägt, an welcher wiederum ein Behälter 29 mit einem massebehafteten Boden 31 befestigt ist. Der Behälter 29 ist mit einem Anschluß 33 versehen, über den Flüssigkeit bzw. Gas eingeleitet werden kann. Der Oberrand des Behälters 29 weist desweiteren eine konische Anlagefläche 35 auf, gegen die sich die Membran 27 bei zunehmendem Druck im Behälter 29 zunehmend anlegt.

Bezüglich der Funktion des Lagers gemäß F i g. 4 entsprechen die Gummielemente 23 und 25 den Schraubenfedern 5 und 9. Die Membran 27 entspricht der Tilgerfeder 21 und die Masse des Behälters 29 einschließlich der Flüssigkeit bzw. der Gasfüllung Γ entspricht der Tilgermasse 3.

Die Funktion des Lagers gemäß F i g. 6 ist folgende:
Beim Einfedern des Lagerkerns 1 wird die Bewegung über die Gummielemente 23 und 25 auf den Träger 26 und dadurch über die als Tilgerfeder dienende Membran

27 auf den als Tilgermasse dienenden Behälter 29 übertragen. Durch Anlegen von mehr oder weniger Druck über den Anschluß 33 an den Innenraum des Behälters 29 erhält die Membran 23 eine Vorspannung, die das Ausmaß bestimmt, in dem sich die Membran 27 an die Anlagefläche 35 anlegt. Je weiter sich die Membran 27 an die Anlagefläche 35 anlegt, desto geringer ist ihre für die Federung zur Verfugung stehende Fläche, d. h. desto größer ist die Federkonstan-

'> te. Da die Tilgerfrequenz ωι gemäß F i g. 5 von der Federkonstante abhängt, kann durch diese Veränderung des Druckes im Behälter 29 die Tilgerfrequenz den störendsten, drehzahlabhängigen Motoranregungsfrequenzen angepaßt werden. Die Federkonstante der

ι« Tilgerfeder kann auch dadurch beeinflußt werden, daß der Behälter 29 bzw. eine Tilgermasse über einen Magnetkern und eine Feder mit dem Träger 26 verbunden ist, welcher Magnetkern sich in einer ebenfalls mit dem Träger verbundenen Spule befindet, die mit veränderlichem Strom beaufschlagt ist.

F i g. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Lagers, das Merkmale des Lagers gemäß Fig.3 mit denen des Lagers gemäß F i g. 6 vereint.Der Träger 26' ist hier mit der Membran 17 des Lagers gemäß Fig. 3 verbunden.

2» Das Lager gemäß Fig. 8 bildet das Lager gemäß Fig. 7 dahingehend weiter, daß der zylindrische Metallkörper 13' hier von einem weiteren Metallkörper 37 umgeben ist, der sich auf dem Widerlager 7 abstützt. In der Wand des Metallkörpers 13' ist eine Drosselöff-

-'■"' nung 39 ausgebildet, welche in einem zwischen dem Metallkörper 37 und dem Metallkörper 13' ausgebildeten Ringraum 41 führt, dessen Oberseite von einer elastischen Membran 43 verschlossen ist. Mit diesen zusätzlichen Merkmalen wird erreicht, daß beim

Jf Einfedern des Lagerkerns 9, insbesondere wenn dieses Einfedern mit niederer Frequenz und großer Amplitude geschieht. Flüssigkeit durch die Drosselöffnung 39 hindurchströmt, wodurch Bewegungsenergie vernichtet und die Bewegung des Lagerkerns 1 gedämpft wird.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 Patentansprüche:

1. Elastisches Lager, insbesondere zur Lagerung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, mit einem Lagerkern, einem Widerlager und einem zwischen Lagerkern und Widerlager angeordneten Federelement, welches an einen mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllten Raum angrenzt, der ein» Bewegungsübertragung zwischen dem Federelement und einer Tilgermasse bildet, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (3) an einem elastischen Element (Membran 17) befestigt ist, welches an den mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllten Raum (19) angrenzt.

2. Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllten Raums (19) veränderbar ist.

3. Lager nach Anspruch ! oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllte Raum (19) eine mit einer Drosselöffnung (39) ausgebildete Wand aufweist, welche an einen weiteren zumindest teilweise von einer elastischen Wand (Membran 43) begrenzten Raum (41)angrenzt(Fig. 8).

4. Lager nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse (3; 29) über eine Tiigerfeder (21; 27) mit dem Federelement (5,9;23,25; 11,17,19) verbunden ist.

5. Lager nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gewicht der Tilgermasse (Behälter 29) und/oder die Federkonstante der Tilgerfeder (Membran 27) veränderbar ist.

6. Lager nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Tilgermasse einen mit Flüssigkeit und/oder Gas gefüllten Behälter (29) aufweist, welcher von einer beweglichen Wand (Membran 27) abgeschlossen ist, an der ein mit dem Federelemenl (23, 25; 17) verbundener Kern (26; 26') befestigt ist.

7. Lager nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck im Behälter (29) veränderbar ist.

8. Lager nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anlagefläche (35) vorgesehen ist, an die sich die bewegliche Wand (Membran 27) bei zunehmendem Druck im Behälter (29) zunehmend anlegt.