DE10213595A1

DE10213595A1 - Fahrzeug-Mittellageranordnung einschließlich einer Einrichtung auf Piezobasis zur Schwingungsdämpfung

Info

Publication number: DE10213595A1
Application number: DE10213595A
Authority: DE
Inventors: Albert Aiken; James A Duggan
Original assignee: Dana Inc
Current assignee: Dana Inc
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2002-10-02
Also published as: US20020139603A1; US6520678B2; AU2767902A; GB2374652A; AU782950B2; GB0207106D0; GB2374652B; BR0200966A

Abstract

Es werden eine oder mehrere Einrichtungen auf Piezobasis angegeben, die an einer Mittellageranordnung einer Antriebsstranganordnung vorgesehen sind, um Schwingungen zu reduzieren, die während des Betriebs in diesem Bereich erzeugt werden. Die Einrichtung auf Piezobasis wird eingesetzt, um diese Schwingungen dadurch zu dämpfen, daß die physikalische Schwingungsbewegung des Antriebswellenrohrs in einen elektrischen Strom umgewandelt wird, welcher dann über ein Widerstandselement als Wärme abgeleitet wird. Durch Verändern des Werts des Widerstandselements läßt sich die mittlere Dämpfungsfrequenz der Einrichtung auf Piezobasis gegebenenfalls unter Anpassung an die jeweilige Mittellageranordnung in dem jeweiligen Antriebsstrang variieren. Gegebenenfalls kann ein induktives Element zusammen mit dem Widerstandselement vorgesehen sein, um den elektrischen Strom abzuleiten. Der Widerstandswert des Widerstandselements kann mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Größe und/oder Frequenz der Schwingungen variiert werden, welche mittels eines Sensors erfaßt werden. Alternativ kann die Steifigkeit der Einrichtung auf Piezobasis durch einen elektrischen Stromgenerator gesteuert werden, welcher als eine Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Größe und/oder Frequenz der Schwingungen betrieben werden kann, welche mittels des Sensors erfaßt werden.

Description

Die Erfindung befaßt sich allgemein mit Lagern zum Lagern von Drehwellen, und insbesondere mit einer verbesserten Konstruktion für eine Mittella geranordnung zum drehbaren Lagern eines Zwischenabschnitts eines Fahrzeugantriebsstrangs oder einer Verbindungswellenanordnung. Insbeson dere befaßt sich die Erfindung mit der Auslegung von Schwingungsdämp fungseinrichtungen in Mittellageranordnungen, welche bei Fahrzeugantriebs stranganordnungen zum Einsatz kommen.

Bei den meisten hinterradgetriebenen Fahrzeugen ist eine Drehenergiequelle, wie eine Brennkraftmaschine oder eine Dieselbrennkraftmaschine in der Nähe des vorderen Bereichs des Fahrzeuges angeordnet. Die Brennkraftmaschine ist über einen Antriebsstrang derart drehverbunden, daß ein oder mehrere getriebene Räder angetrieben werden, die in der Nähe des hinteren Teils des Fahrzeugs angeordnet sind. Der Antriebsstrang verläuft in typischer Weise zwischen einem Getriebe, welches mit der Brennkraftmaschine verbunden ist, und einem Differential, welches mit den getriebenen Rädern verbunden ist. Bei einigen Fahrzeugen ist der Abstand zwischen dem Getriebe und dem Differential relativ kurz. Bei diesen Fahrzeugen umfaßt der Antriebsstrang ein einziges Antriebsrohr, welches üblicherweise als Antriebswelle bezeichnet wird. Bei anderen Fahrzeugen ist der Abstand zwischen dem Getriebe und dem Differential relativ groß, so daß der Einsatz einer einzigen Antriebswelle unpraktisch ist. Bei diesen Fahrzeugen umfaßt der Antriebsstrang eine Antriebswelle und ein oder mehrere Verbindungswellen. Die Verbindungswel len sind mit der Antriebsweile (oder miteinander) über Universalgelenke (Kardangelenke) verbunden.

Antriebsstränge, welche eine Antriebswelle und ein oder mehrere Verbin dungswellen umfassen, erfordern den Einsatz von ein oder mehreren federnd nachgiebigen Zwischenlageranordnungen, welche im allgemeinen als Mittellageranordnung oder Wellentraglageranordnungen bezeichnet werden. Eine typische Mittellageranordnung umfaßt ein kreisförmiges Wälzlager, in welchem die Verbindungswelle drehbar gelagert ist. Das Wälzlager selbst ist in einem allgemein ringförmigen, federnd nachgiebigen Tragteil angeordnet. Das federnd nachgiebige Tragteil ist seinerseits mit einer relativen Starrheit an einem im allgemeinen U-förmigen Träger angeordnet, welcher fest mit einem Querteil verbunden ist, welches sich zwischen den Längsträgern des Fahr zeugrahmens erstreckt.

Das federnd nachgiebige Tragteil ist vorgesehen, um Schwingungen des Antriebsstranges in der Nähe der Mittellageranordnung zu reduzieren und um zu verhindern, daß derartige Schwingungen auf den Fahrzeugrahmen übertragen werden. Das elastisch nachgiebige Tragteil wird typischer Weise von einem elastomeren Material, wie Kautschuk, gebildet. Unter den meisten Fahrzeugbetriebsbedingungen sind an sich bekannte Kautschuklagerteile hinsichtlich der Herabsetzung der Übertragung von Schwingungen von dem Antriebsstrang auf den Fahrzeugrahmen wirksam. Jedoch bleiben die Dämpfungscharakteristika dieser bekannten Lagerteile, welche von den spezifischen Materialien und der speziellen Ausgestaltungsform abhängig sind, unabhängig von den Fahrzeugbetriebsbedingungen konstant. Daher lassen sich die Schwingungsdämpfungscharakteristika dieser bekannten Lagerteile nur für jeweils gesonderte Betriebsbedingungen optimieren. Die Schwingungen, die durch den Antriebsstrang erzeugt werden, ändern sich jedoch ständig mit den Änderungen der Betriebsbedingungen des Fahrzeugs. Als Folge hiervon können diese Lagerteile keine optimale Schwingungs dämpfung der Schwingungen bei sich ändernden Betriebsbedingungen bereitstellen.

Eine zusätzliche in Verbindung mit der Schwingung von Mittellageranordnun gen bestehende Schwierigkeit ist darin zu sehen, daß unerwünschte hörbare Geräusche erzeugt und anschließend zu dem Fahrzeugführer und zu der Umgebung des Fahrzeugs übertragen werden. Es ist bekannt, daß alle mechanischen Körper eine natürliche Resonanzfrequenz haben, bei der sie zu Schwingungen angeregt werden, wenn gewisse Drehgeschwindigkeiten bzw. Drehzahlen auftreten. Diese natürliche Resonanzfrequenz ist eine Eigenheit jedes mechanischen Körpers, und sie basiert auf vielen Einflußgrößen, welche die Auslegung, die Abmessungen und die Gestalt umfassen. Im Zusammen hang mit Fahrzeug-Antriebsstranganordnungen kann die Brennkraftmaschi nen- und Getriebeanordnung manchmal Schwingungen erzeugen, welche auf die Antriebsstrangkomponenten bei einer Drehbewegung übertragen und hierdurch verstärkt werden. Auch können sich die Antriebsstrangkomponenten mit einer Geschwindigkeit drehen, welche gleich oder in der Nähe der natürlichen Resonanzfrequenz (oder ein oder mehrerer harmonischer Komponenten hiervon) liegt, so daß Schwingungen hierdurch induziert werden. In jedem Falle können in den Antriebsstrangkomponenten erzeugte Schwingungen zur Erzeugung von spürbaren Geräuschen führen. Derartige Geräusche sind im allgemeinen natürlich unerwünscht.

Verschiedene Anstrengungen wurden unternommen, um die während des Betriebs von Fahrzeug-Antriebssträngen erzeugten Geräusche zu reduzieren. Bisherige Vorschläge haben sich hauptsächlich mit der Geräuschdämpfung von Antriebswellenrohren befaßt: Übliche Geräuschdämpfungseinrichtungen wurden aus den verschiedenartigsten Materialien hergestellt, welche Karton, Schaum und dergleichen umfassen. Obgleich bekannte Geräuschdämpfungs einrichtungen relativ einfach und kostengünstig herzustellen und einzubauen sind, so haben sie sich dennoch als relativ mittelmäßig hinsichtlich der Geräuschdämpfung bei einigen Fahrzeugantriebswellenrohren erwiesen.

Daher ist es erwünscht, eine verbesserte Konstruktion zur Reduzierung der Schwingungs- und Geräuscherzeugung zu haben, welche bei Fahrzeugan triebsstranganordnungen während des Betriebs auftreten können.

Daher ist es erwünscht, eine verbesserte Auslegungsform einer Mittella geranordnung zu haben, welche eine Einrichtung zum steuernden Beeinflus sen der Schwingungscharakteristika der Mittellageranordnung umfaßt. Eine solche Einrichtung dient zur Dämpfung der Mittellageranordnungen und führt zu einer Herabsetzung von unerwünschten Geräuschen, welche ansonsten durch diese Schwingungen erzeugt werden.

Nach der Erfindung wird eine Konstruktion zur Herabsetzung der Schwingun gen und Geräusche bereitgestellt, welche während des Betriebs in einer Fahrzeug-Antriebsstranganordnung erzeugt werden. Insbesondere befaßt sich die Erfindung mit einer Einrichtung auf Piezobasis, welche an einer Mittella geranordnung angebracht oder auf eine sonstige Weise mit dieser in einer Fahrzeugantriebsstranganordnung fest verbunden ist, um Torsions- und Querschwingungen aktiv und passiv zu reduzieren, welche im Gebrauchszu stand erzeugt werden. Die Einrichtung auf Piezobasis wird eingesetzt, um diese Schwingungen dadurch zu dämpfen, daß die physikalischen Schwin gungsbewegungen der Mittellageranordnung in einen elektrischen Strom umgewandelt werden, welcher über ein Widerstandselement als Wärme abgeleitet wird. Durch die Veränderung der Größe des Widerstandselements läßt sich die mittlere Dämpfungsfrequenz der Einrichtung auf Piezobasis in Abhängigkeit von den spezifischen Gegebenheiten an der jeweiligen Mittellageranordnung und der Antriebsstranganordnung als solche variieren. Gegebenenfalls kann ein induktives Element in einer Schaltung in dem Widerstandselement vorgesehen sein, um den elektrischen Strom abzuleiten. Die Größe des Widerstandselements kann mittels einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Größe und/oder der Frequenz der Schwingungen verändert werden, welche mittels eines Sensors erfaßt werden. Alternativ kann die Steifigkeit der Einrichtung auf Piezobasis durch einen elektrischen Stromgenerator gesteuert werden, der nach Maßgabe einer Steuereinrichtung in Abhängigkeit von der Größe und/oder der Frequenz der Schwingungen betrieben wird, welche mittels eines Sensors erfaßt werden. Die Einrichtung auf Piezobasis kann an verschiedenen Stellen an der Mittellageranordnung angebracht sein. Gegebenenfalls kann eine Mehrzahl derartiger Einrichtungen auf Piezobasis an der Mittellageranordnung vorgesehen sein.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs zur Verdeutli chung der Lage einer Mittellageranordnung nach der Erfindung;

Fig. 2 eine Seitenansicht einer geteilten Antriebswelle bei einem Fahrzeug, welche mittels einer Mittellageranordnung nach der Er findung gelagert ist;

Fig. 3 eine perspektivische auseinandergezogene Darstellung einer Mittellageranordnung nach der Erfindung;

Fig. 4 eine schematische Ansicht einer ersten bevorzugten Ausführungs form einer in Fig. 1 gezeigten Einrichtung auf Piezobasis;

Fig. 5 eine schematische Ansicht einer zweiten bevorzugten Ausfüh rungsform einer in Fig. 1 gezeigten Einrichtung auf Piezobasis;

Fig. 6 eine schematische Ansicht einer dritten bevorzugten Ausführungs form einer in Fig. 1 gezeigten Einrichtung auf Piezobasis;

Fig. 7 eine schematische Ansicht einer vierten bevorzugten Ausfüh rungsform einer in Fig. 1 gezeigten Einrichtung auf Piezobasis;

Fig. 8 eine Seitenansicht einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Mittellageranordnung nach der Erfindung, wobei Einrichtun gen auf Piezobasis integriert mit einem Kautschuklagerteil vorgese hen sind;

Fig. 9 eine Schnittansicht der in Fig. 8 gezeigten Mittellageranordnung längs der Linie 9-9; und

Fig. 10 eine Schnittansicht der Mittellageranordnung nach Fig. 8 längs der Linie 10-10.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt ist, umfaßt ein insgesamt mit 10 bezeich netes Fahrzeug eine Antriebsstranganordnung 24. Die Antriebsstranganord nung 24 umfaßt Antriebswellenkomponenten, wie eine Verbindungswelle 20 und eine Antriebswelle 11, welche zwischen einem Getriebe 12 vorgesehen ist, und ein Differenzialgetriebe 13, welches zum Antreiben eines Paars von Hinterrädern 14 bestimmt ist. Das Getriebe 12 ist mit einer Ausgangswelle (nicht gezeigt) mit üblicher Auslegung versehen und hat eine Mehrzahl von Keilteilen, welche um den Umfang ausgebildet sind und sich parallel zur Achse erstrecken. Eine Gleitgabel 15 hat einen mit einer Innenkeilauslegung versehenen, rohrförmigen Endabschnitt 16, welcher gleitbeweglich mit der Getriebeausgangswelle zusammen arbeitet. Die Gleitgabel 15 hat auch ein Gabelende 17, welches eine Seite eines Universalgelenks (Kardangelenks) 18 bildet. Die ändere Seite des Universalgelenks 18 wird von einer Gabel 19 gebildet. Die Verbindungswelle 20 hat ein gegenüberliegendes Ende, welches mit einem Keilwellenabschnitt 21 ausläuft. Eine Mittellageranordnung 22 nach der Erfindung lagert die Verbindungswelle 20 in der Nähe des Keilwellenab schnitts 21. Die Mittellageranordnung 22 umfaßt einen starren Rahmen oder einen Träger 23, welcher starr an einem Fahrzeugrahmen, einem Fahrgestell oder einer Karosserie 25 angebracht ist.

Der Keilwellenabschnitt 21 am Ende der Verbindungswelle 20 ist in einem mit einer Innenkeilverzahnung versehenen Endabschnitt 26 einer Gleitgabel 27 auf der Antriebswelle 11 aufgenommen. Der Keilwellenabschnitt 21 und der als Keil ausgebildete Endabschnitt 26 bewegen sich bezüglich einander in axialer Richtung, wenn sie sich zusammen drehen. Die Gleitgabel 27 hat ein Gabelende 28, welches einen Abschnitt eines Universalgelenks 29 bildet. Eine Gabel 30 auf der Antriebswelle 11 bildet einen zweiten Abschnitt des Universalgelenks 29. Die Antriebswelle 11 hat ein zweites Abschlußende mit einer Gabel 32, welche einen Abschnitt eines Universalgelenks 33 bildet. Eine Gabel 34 auf einer Welle 35 bildet einen zweiten Abschnitt des Universalge lenks 33. Die Welle 35 ist mit dem Differentialgetriebe 13 verbunden, welches über die Hinterachse 36 mit den Hinterrädern 14 des Fahrzeugs 10 antriebs verbunden ist. Alle vorstehend beschriebenen Antriebssystemeinzelheiten sind an sich bekannt, und sind beispielsweise in US-A-4,392,696 beschrieben, welches der vorliegenden Anmelderin gehört. Dort sind allgemeine Ausle gungsformen und Arbeitsweisen von Mittellageranordnungen gezeigt und beschrieben, und durch die Bezugnahme gehört dieses Dokument vollum fänglich zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Anmeldung.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, weist die Mittellageranordnung 22 im wesentlichen drei Hauptteil auf, ein Tragteil 38 zum Tragen eines Wälzlagers 40, den Träger 23 zur Aufnahme des Tragteils, und ein kanalförmiges Befestigungsteil 42.

Diese Teile arbeiten zusammen, um die Verbindungswelle 20 drehbeweglich zu lagern. Das Lagerteil wird von einer Buchse gebildet und kann aus halbstarrem Kautschukmaterial hergestellt sein. Vorzugsweise ist das Tragteil 38 mit einer Reihe von Schlitzen 44 versehen, welche ermöglichen, daß die Verbindungswelle 20 in gewissem Maße sich in radialer Richtung relativ frei bewegen kann. Die Tragteile oder Lagerteile dieser Bauart, welche bei der Erfindung zum Einsatz kommen, sind an sich bekannt. In typischer Weise sind diese Lagerteile verformbar, um Bewegungen der Verbindungswelle 20 auszugleichen. In dem Lagerteil ist ein Wälzlager 40 angeordnet, bei denen es sich um irgendeine geeignete Lagereinrichtung zur Lagerung der Antriebs welle von Fahrzeugen handeln kann. Das Wälzlager kann einen Innenlaufring und einen Außenlaufring (nicht gezeigt) und Wälzkörper, wie Kugeln oder dergleichen, umfassen, was nicht näher dargestellt ist. Diese Einzelheiten können auf übliche Weise ausgelegt sein.

Das Kautschuklagerteil 38 ist in dem Träger 23 untergebracht. Der Träger hat eine U-förmige Konstruktion mit einem gekrümmten Abschnitt 72 und zwei im allgemeinen vertikale Schenkel 54, welche an oberen Enden 56 abschließen. Der Träger hat auch eine nach innen weisende Lippe 58 an der vorderen Seite des Trägers und eine nach hinten gerichtete Lippe 60 an der hinteren Seite desselben. Es ist zu ersehen, daß die vorderen und hinteren Lippen einen Aufnahmeraum für das Kautschuklager 38 bilden. Ein hinterer Flansch 62 erstreckt sich von der hinteren Lippe 60 nach innen. Der hintere Abstand des hinteren Flansches von der nach hinten weisenden Lippe 60 ermöglicht, daß das Kautschuklagerteil unter normalen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs keinen Kontakt mit dem hinteren Flansch hat.

Das kanalförmige Befestigungsteil 42 ist derart ausgelegt, daß es zu den Enden 56 des Trägers paßt. Im allgemeinen hat das kanalförmige Teil eine Basis 64 und zwei Stege oder Seitenwände 66. Die kanalförmige Konstruktion stellt die erforderliche Festigkeit bereit, um eine sichere Lagerung der Mittellagereinrichtung an einem Fahrzeugrahmen bereitzustellen. Das kanalförmige Befestigungsteil ist vorzugsweise aus Stahl hergestellt, obgleich auch andere Materialien in Betracht kommen können. Um den Träger 23 fest an dem kanalförmigen Montageteil anbringen zu können, sind die Seitenwän de 66 dieses Teils vorzugsweise an den Trägerenden 56 angeschweißt. In idealer Weise sind die Trägerenden und die Seitenwände des kanalförmigen Montageteils in etwa aus dem gleichen Stahlmaterial und mit gleicher Dicke ausgelegt, um das Verschweißen zu erleichtern. Als bevorzugtes Schweiß verfahren kommt das Inertgasschweißen von Metallen in Betracht. Andere Auslegungsformen des Trägers einschließlich der gekrümmten Enden (welche nicht gezeigt sind) zur Montage an dem Fahrzeugrahmen oder der Fahrzeug karosserie 25 können in Betracht kommen, wobei beispielsweise die geradlini gen Enden 56, welche bei der dargestellten bevorzugten Ausführungsform angeschweißt sind, auch mit entsprechenden Schraubverbindungen nach der Erfindung befestigt sein können.

Das kanalförmige Basisteil 64 ist mit Öffnungen 68 versehen, durch die Schrauben durchgehen können, um die Mittellageranordnung fest mit dem Fahrzeugrahmen zu verbinden. Obgleich in der Zeichnung zwei Öffnungen dargestellt sind, kann natürlich auch eine beliebige andere Anzahl von Öffnungen und eine beliebige andere Anzahl von Schrauben vorgesehen sein, um die Mittellageranordnung fest mit dem Fahrzeugrahmen zu verbinden. Die Seitenwände 66 des kanalförmigen Montageteils sind mit vertikal umgeben den Seitenflanschen 70 versehen, welche die axiale Bewegung des Kau tschuklagerteils innerhalb des Trägers steuern oder begrenzen. Andere geeignete Teile zur Steuerung und Beeinflussung der Axialbewegung des Kautschuklagerteils können gegebenenfalls vorgesehen sein.

Wie an sich bekannt, treten bei dem Arbeiten der Brennkraftmaschine des Fahrzeuges 10 verschiedene Schwingungen bei den verschiedenen Kompo nenten des Antriebsstranges und insbesondere an der Verbindungswelle 20 auf. Die Verbindungswelle 20 führt manchmal auch Drehbewegungen in der Nähe oder mit ihrer natürlichen Resonanzfrequenz aus, so daß hierdurch Schwingungen induziert werden können. Diese Schwingungen können zu der Mittelachsanordnung 22 einschließlich des Trägers 23 übertragen werden. Um die Erzeugung von unerwünschten, hörbaren Geräuschen zu reduzieren oder zu eliminieren, die sich durch Schwingungen der Mittellageranordnung ergeben, ist eine insgesamt mit 30 bezeichnete Einrichtung auf Piezobasis an der Mittellageranordnung 22 angebracht, oder auf eine andere geeignete Weise hiermit verknüpft. Die Auslegung und die Arbeitsweise der Einrichtung 30 auf Piezobasis wird nachstehend näher beschrieben. Allgemein gespro chen kann jedoch die Einrichtung 30 auf Piezobasis eingesetzt werden, um diese Schwingungen dadurch zu dämpfen, daß die physikalische Schwin gungsbewegung der Mittellageranordnung 22 in einen elektrischen Strom umgewandelt wird, welcher durch ein Widerstandselement als Wärme abgeleitet wird. Durch Verändern der Größe des Widerstandselements läßt sich die mittlere Dämpfungsfrequenz der Einrichtung 30 auf Piezobasis gegebenenfalls zur Abstimmung auf die jeweilige Mittellageranordnung und ariderer Komponenten der Antriebsstranganordnung verändern, welche hauptsächlich zu einer Schwingungserzeugung führen. Alternativ und wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird, kann die Einrichtung 30 auf Piezobasis auch als eine aktive Betätigungseinrichtung eingesetzt werden, wobei ein elektrischer Strom an die Einrichtung auf Piezobasis angelegt wird, um die Steifigkeit oder Flexibilität derselben zu verändern. Nach der Erfindung kommen ein oder mehrere Einrichtungen 30 auf Piezobasis in Betracht, welche an dem Kautschuklagerteil 38 angebracht werden können, um Torsions- und Querschwingungen der Mittellageranordnung 22 entweder passiv oder aktiv zu beeinflussen.

Wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird, umfaßt die Einrich tung 30 auf Piezobasis ein oder mehrere Elemente, welche aus einem piezoelektrischen Material ausgebildet sind. Allgemein gesprochen, ist ein piezoelektrisches Material jegliches Material, welches einen elektrischen Stromausgang erzeugt, wenn es mechanischen Belastungen oder Verformun gen oder umgekehrt ausgesetzt wird. In typischer Weise wird das piezoelektri sche Material elektrisch polarisiert, wenn mechanische Belastungen, wie Schwingungen, einwirken, die während des Betriebs an der Mittellageranord nung 22 erzeugt werden. Bei der Erfindung kommen auch jegliche an sich bekannte piezoelektrische Materialien für die Einrichtung 30 auf Piezobasis in Betracht, wobei auch keramische Piezomaterialien mit eingeschlossen werden, bei denen es sich beispielsweise um Bleizirkontitanat handeln kann.

Fig. 4 verdeutlicht eine erste bevorzugte Ausführungsform einer Einrichtung 30 auf Piezobasis. Wie dort gezeigt ist, umfaßt die Einrichtung 30 auf Piezobasis ein Element 31, welches aus einem piezoelektrischen Material ausgebildet ist, und einen Widerstand 32, welcher in einer elektrischen Serienschaltung vorgesehen sind. Zusätzlich zu der Erzeugung eines elektrischen Ausgangs unter einer mechanischen Belastung verhält sich das Element 31 elektrisch als ein Kondensator. Somit ist die Einrichtung 30 auf Piezobasis im wesentlichen eine elektrische RC-Schaltung. Wenn die Brennkraftmaschine betrieben wird, um die Antriebsstrangkomponenten drehanzutreiben, werden in der Mittellageranordnung 22 Schwingungen erzeugt. Diese Schwingungen führen zur mechanischen Belastungen, welche in dem Element 31 induziert werden, wodurch eine elektrische Abgabegröße (beispielsweise eine Spannung) erzeugt wird. Diese Spannung wird in einen elektrischen Strom umgewandelt, welcher durch den Widerstand 32 geht und dort als Wärme abgeleitet bzw. vernichtet wird. Als Folge hiervon arbeitet die Einrichtung auf Piezobasis als passive Dämpfungseinrichtung für die Schwingungen, welche in der Mittellageranordnung 22 erzeugt werden.

Wie an sich bekannt, haben elektrische RC-Schaltungen eine mittlere Dämpfungsfrequenz, welche durch die Größen des Widerstands und der Kapazität bestimmt ist. Es ist erwünscht, daß die mittlere Dämpfungsfrequenz derart gewählt ist, daß sie in der Nähe der Frequenz der Schwingungen der Mittellageranordnung liegt, welche mit Hilfe der Einrichtung 30 auf Piezobasis zu dämpfen sind. Die Größe des gewünschten Widerstandswertes des Widerstands 32 läßt sich durch den folgenden Zusammenhang ermitteln:

R = {[1-(λk²)/(1-k²)]^1/2}/C_ω

wobei R gleich dem Widerstandswert des Widerstands 32 ist, C gleich der Kapazität des Elements 31 ist, k gleich der Querkopplungskonstante ist, λ gleich der Belastungsenergieaufnahme ist, und ω gleich der dämpfenden Schwingungsfrequenz ist.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, kann die Einrichtung 30 auf Piezobasis zwischen dem kanalförmigen Montageteil 42 und einer oberen Fläche 39 des Kautschu klagerteils 38 angeordnet oder angebracht sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform nach der Erfindung ist die obere Fläche 39 mit einem Einsatzbereich 74 versehen, welcher eine derartige Gestalt und Tiefe hat, daß die Einrichtung 30 auf Piezobasis aufgenommen und festgelegt werden kann. Obgleich die Einrichtung 30 auf Piezobasis dargestellt ist, daß sie zwischen dem kanalförmigen Montageteil 42 und der oberen Fläche 39 des Kautschu klagerteils 38 angeordnet ist, kommen auch andere Montagestellen an der Mittellageranordnung für die Einrichtung auf Piezobasis bei der erfindungsge mäßen Auslegung in Betracht. Beispielsweise können ein oder mehrere Einrichtungen 37 auf Piezobasis ähnlich der Einrichtung 30 auf Piezobasis zwischen den Seiten 76 des Kautschuklagerteils 38 und den beiden im allgemeinen vertikal verlaufenden Schenkeln 54 des Trägers 23 angeordnet sein. Die an der Seite angebrachten Einrichtungen 37 auf Piezobasis können einzeln, paarweise oder in Kombination mit der Einrichtung 30 auf Piezobasis zum Einsatz kommen.

Zusätzlich zu den bisher beschriebenen Anordnungsstellen können die Einrichtungen auf Piezobasis nach der Erfindung auch in Elemente der Mittellageranordnung 22, wie dem Kautschuklagerteil 38, dem Träger 23 oder anderen Elementen der Mittellageranordnung eingebettet sein. Die günstigste Stelle für die Einrichtungen 30 auf Piezobasis oder für die seitlichen Einrich tungen 37 auf Piezobasis an der Mittellageranordnung 22 läßt sich auf der Basis von Modellversuchen, Modellanalysen und tatsächlichen Versuchen bestimmen. Im allgemeinen jedoch werden die Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis im Bereich der stärksten Belastungen angeordnet, um die größten Schwingungen zu reduzieren.

Die Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis können an der Mittellageranordnung 22 mit Hilfe von Klebstoff angebracht werden, mittels einer Druckkraft des Trägers 22 gegen das Kautschuklagerteil 38 an Ort und Steile gehalten werden, oder auf eine andere Art und Weise festgelegt sein. Eine Methode zum Anbringen der Einrichtungen auf Piezobasis an dem Kautschuklagerteil 38 ist darin zu sehen, die Einrichtungen auf Piezobasis in das Lagerteil 38 bei der Ausbildung des Lagerteils einzugießen. Eine weitere Methode zur Anbringung der Einrichtungen auf Piezobasis in die Mittellageranordnung 22 ist darin zu sehen, daß man das Lagerteil 38 aus zwei oder mehreren Teilen (nicht gezeigt) zusammensetzt, und die zwei oder mehreren Teile unter Zwischenlage der Einrichtungen auf Piezobasis zwischen den beiden Lagerteilelementen anordnet. In einem solchen Fall können die beiden Lagerteile auch derart ausgelegt werden, daß sie mittels Preßsitz zusammen arbeiten, und die Einrichtungen auf Piezobasis zwischen diesen beiden Teilen angeordnet sind.

Die Erfindung kann auch derart beschaffen und ausgelegt sein, daß wenig stens eine der Einrichtungen auf Piezobasis derart angeordnet ist, daß sie sich über den Zwischenraum zwischen dem Lager 40 und dem Träger 23 erstreckt. Wie in den Fig. 8 bis 10 gezeigt ist, umfaßt die Mittellageranordnung 82 eine Mehrzahl von Einrichtungen auf Piezobasis, welche in Umfangsrichtung beabstandet um das Lager 40 angeordnet sind, wie dies nur in Fig. 9 verdeutlicht ist. Es ist zu ersehen, daß die Einrichtungen 84 auf Piezobasis sich von dem Lager 40 zu dem Träger 23 erstrecken. Obgleich acht Einrich tungen 84 auf Piezobasis gezeigt sind, kann auch irgendeine andere Anzahl von Einrichtungen auf Piezobasis, wie vier oder dergleichen, eingesetzt werden. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform wirkt der Träger 23 als Masse, und die Einrichtungen 84 auf Piezobasis sind zwischen dem Träger und dem Lager angeordnet oder mit diesen verknüpft, um die Schwingungs bewegungen des Lagers zu dämpfen. Aus Übersichtlichkeitsgründen ist in den Fig. 8 und 10 das Lager 40 nicht gezeigt, aber wenn die Mittellageranord nung 82 vollständig zusammengebaut ist, wird das Lager mittels den ringförmigen Flanschen 86 des Kautschuklagerteils 38 an Ort und Stelle gehalten. Wie gezeigt, können die Einrichtungen 84 auf Piezobasis in dem Kautschuklagerteil ausgebildet oder integral in dieses eingeformt sein.

Die physikalischen Abmessungen der Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis können sich gegebenenfalls ändern. Wenn man mehrere piezoelektrische Materialien in den Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis vorsieht, läßt sich mehr Belastungsenergie einfangen und in Wärme umwandeln. Zusätzliche Materialien vergrößern jedoch das Gewicht und können daher Auswirkungen auf das Arbeiten der Mittellageranordnung 22 haben. Die Menge des piezoelektrischen Materials in dem Element 31 ändert sich von Anwen dungsfall zu Anwendungsfall in Abhängigkeit von einer Mehrzahl von Faktoren. Der Zusammenhang zwischen der Dämpfung ζ der Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis und der eingefangenen Belastungsenergie λ läßt sich wie folgt beschreiben:

ζ = ¼[(λk²)/(1-k²)]^1/2

wobei λ gleich der eingefangenen Belastungsenergie ist, und k gleich der Querkopplungskonstante ist.

Fig. 5 verdeutlicht eine zweite bevorzugte Ausführungsform einer insge samt mit 45 bezeichneten Einrichtung auf Piezobasis. Wie dort gezeigt ist, umfaßt die Einrichtung 45 auf Piezobasis ein Element 41, welches aus einem piezoelektrischen Material ausgebildet ist, einen Widerstand 46 und eine Induktionseinrichtung 43, welche in einer elektrischen Serienschaltung vorgesehen sind. Somit stellt die Einrichtung 45 auf Piezobasis im wesentli chen eine elektrische RLC-Schaltung dar. Die Einrichtung 45 auf Piezobasis arbeitet im wesentlichen gleich wie die Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis, welche zuvor beschrieben worden sind, um Schwingungen passiv zu dämpfen, welche in der Mittellageranordnung 22 erzeugt werden. Das zusätzliche Vorsehen der Induktionseinrichtung 43 bewirkt, daß ein größerer elektrischer Strom durch den Widerstand 46 geht, so daß man eine größere Dämpfungsgröße als bei den zuvor beschriebenen Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis erhält, sich aber ein engerer Dämpfungsfrequenzbereich ergibt. Die gewünschten Größenwerte für den Widerstand 46 und die Induktanz für die Induktionseinrichtung 43 lassen sich aus den folgenden Zusammenhän gen ermitteln:

L ={C_ω ²[1+(λk²)/(1-k²)]^1/2}^-1

und

R = {(2)^1/2[λk²)/(1-k²)]^1/2}/{C_ω ²[1+(λk²)/(1-k²)]}

wobei R ein Widerstand ist, C die Kapazität ist, k die Querkopplungskonstante ist, λ die Belastungseinfangenergie ist und ω die Frequenz der dämpfenden Schwingungen ist. Die Einrichtung 45 auf Piezobasis kann beispielsweise bei Tourenfahrzeugen eingesetzt werden, bei denen der Schwingungssollwert mit höheren Ordnungsgrößen auftritt. Die Frequenz der Biegebelastung versucht sich nicht in starkem Maße in Abhängigkeit von den tatsächlichen Wertver hältnissen zu variieren, da die Fahrbahnoberflächen relativ gleichmäßig sind. Somit stellt die Einrichtung 45 auf Piezobasis in verstärktem Maße eine passive Dämpfung bei mittleren Dämpfungsfrequenz bereit.

Fig. 6 verdeutlicht eine dritte bevorzugte Ausführungsform einer insgesamt mit 50 bezeichneten Einrichtung auf Piezobasis. Wie gezeigt, umfaßt die Einrichtung 50 auf Piezobasis ein Element 51, welches aus einem piezoelek trischen Material ausgebildet ist, und einen Widerstand 52, welcher in Form einer elektrischen Serienschaltung angeordnet sind. Somit stellt die Einrich tung 50 auf Piezobasis im wesentlichen eine elektrische RC-Schaltung dar. Der Widerstandswert des Widerstands 52 ist eine Variable und wird durch eine Steuereinrichtung 53 in Abhängigkeit von der Größe und/oder der Frequenz der Schwingungen gesteuert, welche mit Hilfe eines Sensors 55 erfaßt werden. Die Steuereinrichtung 53 kann ein Mikroprozessor oder eine ähnliche Einrichtung sein, welche den Widerstandswert des Widerstands 52 in Abhängigkeit von den erfaßten Schwingungen variieren kann, und diese Einrichtung kann an der Mittellageranordnung 22 oder an einer anderen Stelle am Fahrzeug vorgesehen sein. Der Sensor 55 kann in Form einer oder mehreren an sich bekannten Sensoreinrichtungen ausgelegt sein, und kann direkt an dem Kautschuklagerteil 38 angebracht sein, um die elektrischen Signale für die Steuereinrichtung 53 zu liefern, welche die Größe und/oder die Frequenz der Schwingungen wiedergeben. Die Einrichtung 50 auf Piezobasis arbeitet im wesentlichen auf die gleiche Weise wie die Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis, die zuvor beschrieben worden sind, um Schwingungen passiv zu dämpfen. Es ist jedoch eine Abstimmung auf die Betriebsverhältnisse des Fahrzeuges 10 nach Maßgabe von Vorgabewerten möglich. Der variable Widerstand 52, die Steuereinrichtung 53 und der Sensor 55 können gegebe nenfalls in der RLC-Schaltung nach Fig. 5 ebenfalls zusätzlich vorgesehen sein.

Fig. 7 verdeutlicht eine vierte bevorzugte Ausführungsform einer insgesamt mit 65 bezeichneten Einrichtung auf Piezobasis. Wie dort gezeigt ist, umfaßt die Einrichtung 65 auf Piezobasis ein Element 61, welches aus einem piezoelektrischen Material ausgebildet ist, und einen Stromgenerator 67, welche in Form einer elektrischen Serienschaltung ausgelegt sind. Der Stromgenerator 67 ist von üblicher Bauart und wird mittels einer Steuerein richtung 63 in Abhängigkeit von der Größe und/oder Frequenz der Schwin gung gesteuert, welche mittels eines Sensors 69 erfaßt werden. Die Steuer einrichtung 63 kann von einem Mikroprozessor oder einer ähnlichen Einrich tung gebildet werden, welche die Größe des elektrischen Stroms variieren kann, welche an das Element 61 angelegt wird, und zwar in Abhängigkeit von den ermittelten Schwingungen. Die Steuereinrichtung 63 kann an der Mittellageranordnung 22 vorgesehen sein. Die Steifigkeit des Elements 61 wird nach Maßgabe der Größe des durch den Stromgenerator 67 erzeugten elektrischen Stroms gesteuert. Der Sensor 69 kann in Form einer oder mehrerer an sich bekannten Sensoreinrichtungen ausgelegt sein und kann direkt an der Mittellageranordnung 22 angebracht sein, um elektrische Signale für die Steuereinrichtung 63 zu erzeugen, welche die Größe und/oder Frequenz der Schwingungen wiedergeben. Die Einrichtung 65 auf Piezobasis arbeitet zum aktiven Dämpfen der Schwingungen, welche in der Mittella geranordnung 22 erzeugt werden.

Da jede der Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis eine Dämpfung über einen einzigen Bereich von Schwingungsfrequenzen vornimmt, welche durch die mittlere Dämpfungsfrequenz bestimmt sind, lassen sich die jeweiligen unterschiedlichen Einrichtungen 30, 37 auf Piezobasis auf unterschiedliche mittlere Dämpfungsfrequenzen abstimmen, so daß man Dämpfungen für mehrere Schwingungsfrequenzbereiche bereitstellen kann. Auch kann eine passive Einrichtung auf Piezobasis eingesetzt werden, um Energie zu erzeugen, welche zum Betreiben von aktiven Einrichtungen auf Piezobasis eingesetzt wird.

Obgleich voranstehend bevorzugte Ausführungsformen nach der Erfindung erläutert und beschrieben worden sind, ist die Erfindung natürlich nicht auf die dort beschriebenen Einzelheiten beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Claims

1. Lageranordnung zur drehbaren Lagerung einer drehbaren Welle relativ zu einer Lagerfläche, welche folgendes aufweist:
ein Lager (22), welches derart beschaffen und ausgelegt ist, daß es eine drehbare Welle drehbar lagern kann;
einen Träger (23), welcher derart beschaffen und ausgelegt ist, daß er an einer Lagerfläche befestigt werden kann;
ein Lagerelement (38), welches das Lager (22) in dem Träger
(23) lagert; und eine Einrichtung (30; 37; 84; 45; 50; 65) auf Piezobasis, welche fest mit dem Lagerelement (38) zur Dämpfung von darin erzeugten Schwingungen verbunden ist.

2. Lageranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuereinrichtung (53) vorgesehen ist, welche den Widerstand des Widerstandselements (51) verändert.

3. Lageranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Sensor (55) zum Erzeugen eines Signals vorgesehen ist, welches die Schwingungen in dem Lagerteil (38) darstellt, und daß die Steuereinrichtung (53) auf das Signal von dem Sensor (55) zur Veränderung des Widerstandswertes des Widerstandselements (51) anspricht.

4. Lageranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (65) auf Piezobasis mit einem Stromgenerator (67) eine elektrische Schaltung bildet, daß ferner eine Steuereinrichtung (63) zum Steuern der Arbeitsweise des Stromgenerators (67) vorgesehen ist, ein Sensor (69) zur Erzeugung eines Signals vorgesehen ist, welches die Schwingungen in dem Lagerteil (38) darstellt, und daß die Steuereinrichtung (63) auf das Signal von dem Sensor (69) zur Steuerung der Arbeitsweise des Stromgenerators (67) anspricht.

5. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (38) eine Oberfläche hat, daß ferner ein kanalförmiges Montageteil (42) zur Aufnahme des Lagerteils (38) vorgesehen ist, und daß die Einrichtung (30; 37; 84; 45; 50; 65) auf Piezobasis zwischen dem kanalförmigen Montageteil (42) und der Oberfläche (39) des Lagerteils (38) angebracht ist.

6. Lageranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche (39) mit einem Einsatzbereich versehen ist, welcher eine derartige Gestalt und Tiefe hat, daß die Einrichtung (30; 37; 84; 45; 50; 65) auf Piezobasis darin aufgenommen und festgelegt werden kann.

7. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerteil (38) Seiten hat, der Träger (23) zwei im allgemeinen vertikale Schenkel (54) hat, und daß eine oder mehrere Einrichtungen (30; 37; 84; 45; 50; 65) auf Piezobasis zwischen den Seiten des Lagerteils (38) und den Schenkeln des Trägers (23) angeordnet sind.

8. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (30; 37; 84; 45; 50; 65) auf Piezobasis in das Lagerteil (38) eingebettet ist.

9. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Einrichtungen (30; 37; 84; 45; 50; 65) auf Piezobasis fest mit dem Lagerteil (38) zur Dämpfung von darin erzeugten Schwingungen verbunden ist:

10. Lageranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens eine der Einrichtungen (30; 37; 84; 45; 50; 65) auf Piezobasis von dem Lager (38) zu dem Träger (23) erstreckt.