DE10240486B4

DE10240486B4 - Elastische Feststellvorrichtung für das Antriebsaggregat eines Nutzfahrzeugs

Info

Publication number: DE10240486B4
Application number: DE2002140486
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Dr. Gerusel Karsten; Dipl.-Ing. Fingerhut Horst-Peter
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2002-09-03
Filing date: 2002-09-03
Publication date: 2014-05-22
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: DE10240486A1

Abstract

Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat (1) eines Nutzfahrzeuges, wobei das Antriebsaggregat (1) einen Motor (2) sowie ein Getriebe (3) aufweist und mittels elastischer Lagerelemente (6) an einem über zwei Rahmenlängsträger (5) verfügenden Chassis angeordnet ist und ein Bordrechner (11) vorgesehen ist, der den im Getriebe (3) eingelegten Gang erkennt und unter Berücksichtigung des eingelegten Ganges Signale zum selbsttätigen Auslösen der Feststelleinrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Getriebes (3) im Bereich des Getriebeausgangs gegenüberliegend an den Rahmenlängsträgern (5) je ein Feststeller (7) mit einem Druckelement (9) und einem Gegendruckelement (8) befestigt ist, wobei jeweils zwischen das Druckelement (9) und das Gegendruckelement (8) ein fest mit dem Getriebe (3) verbundenes Halteblech (10) hineinragt und die Druckelemente (9) aufgrund der Signale, die unter Berücksichtigung des eingelegten Ganges im Bordrechner (11) erzeugt werden, derart betätigbar sind, dass zwischen dem Antriebsaggregat (1) und den beiden Rahmenlängsträgern (5) schwingungsabhängig zeitweise eine elastische Klemmverbindung herstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat eines Nutzfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Konkret betrifft die Erfindung eine elastische Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat eines Nutzfahrzeugs zum Verhindern der in besonderen Situationen auftretenden Schwingungen des Motor-Getriebeverbandes. Sie kann vorübergehend in Eingriff gebracht werden und eignet sich vor allem zur Anwendung bei Nutzfahrzeugen, bei denen beim Anfahren Schwingungen auftreten. Diese Art von Schwingungen sind Schüttelschwingungen. Die Bewegung selbst wird als Anfahrschütteln bezeichnet.
Das Anfahrschütteln tritt bei Nutzfahrzeugen mit einem kurzen Radstand auf, wie er beispielsweise bei Sattelzugmaschinen vorhanden ist. Dabei verursacht der Antriebsstrang unter den hohen, beim Anfahren entstehenden Belastungen starke Kräfte und Momente, die unter anderem auf die dynamisch ungünstigen Gelenkwellenwinkel zurückzuführen sind. Diesem Anfahrschütteln kann durch Zusatzmaßnahmen bei der Lagerung des Antriebsaggregats auf ein akzeptables Maß reduziert werden. Eine solche Zusatzmaßnahme ist die zusätzliche Installation eines fünften und gegebenenfalls sechsten Lagers. Da bereits eine 4-Punktlagerung statisch überbestimmt ist, muss die durch jeden weiteren Lagerpunkt erweiterte Lagerung bei der Montage genau eingestellt werden. Da sich auch bei sorgfältiger Einstellung die Lagerung durch unterschiedliches Setzen der Lagerelemente verspannen kann, nehmen die einzelnen Lager unterschiedliche Kräfte auf. Auch bei idealer Montage bildet diese erweiterte Lagerung einen zusätzlichen Körperschallpfad, über den in allen anderen Betriebszuständen unerwünschte Vibrationen und Geräusche über den Rahmen bis in das Fahrerhaus geleitet werden. Das Anfahrschütteln wird so auf Kosten des Fahrkomforts und mit erheblichen Mehraufwand reduziert.
Aus der Patentschrift nach DE 33 16 025 C2 ist eine hydraulisch dämpfbare Motorlagerung bekannt, die zeitweise an veränderte Schwingungszustände angepasst werden kann. Sie besteht aus einem Traglager und einem Auflager, die durch ein Federelement miteinander verbunden sind und gemeinsam einen Arbeitsraum umschließen. Dieser Arbeitsraum ist durch eine Drosselöffnung mit einem Ausgleichsraum verbunden. Das Hydrauliköl kann so vom Arbeitsraum durch diese Drosselöffnung in den Ausgleichsraum strömen. Dadurch bleibt die bestehende Federwirkung erhalten. Um jedoch auftretende Motorschwingungen niedriger Frequenz und großer Amplitude wirksam zu dämpften, muss die Drosselöffnung bei auftretenden Schwingungen verkleinert werden. Dies wird durch ein Verschlusselement erreicht, das mittels eines Elektromagneten schwingungsabhängig betätigbar ist. Auch wenn die Drosselöffnung vollständig verschlossen ist, weist das Lager immer noch elastische Eigenschaften auf. Ein nahezu vollständiges Blockieren der Federwirkung, wie es bei Nutzfahrzeugen zum Verhindern des Anfahrschüttelns erforderlich ist, kann damit nicht erreicht werden. Deshalb eignet sich die Lösung beispielsweise nicht für Lastkraftwagen.
Eine weitere veränderbare Schwingungsdämpfungseinrichtung für Kraftfahrzeuge ist aus der Patentschrift DE 39 20 346 C2 bekannt. Sie ermöglicht, die Fahrzeugaufhängung und Motorlagerung durch eine Schwingungsdämpfungseinrichtung gleichzeitig mit einer harten oder weichen Charakteristik zu versehen, um das Fahrgefühl des Fahrzeugführers und die Fahrstabilität des Fahrzeuges zu verbessern. Durch einen vom Fahrzeugführer manuell betätigbaren Schalter können verschiedene Dämpfungseigenschaften eingestellt werden. Die Motorlagerung besteht aus einer Haupt- und einer Hilfskammer, in denen sich ein elektrorheologisches Fluid befindet. Dabei wird die Eigenschaft genutzt, dass die Viskosität ein solches Fluid zunimmt, wenn es durch Elektroden elektrischen Spannungen ausgesetzt wird und so durch die spezifische Ausbildung der Motorlagerung eine härtere Federwirkung entsteht. Auch diese Motorlagerung eignet sich wie aus den Gründen, die bereits beim vorstehend genannten bekannten Stand der Technik angegeben wurden, besonders für Personenkraftwagen und nicht für die schwereren Lastkraftwagen oder Busse.
Weiter ist aus der DE 39 23 149 A1 ein Motorlager mit schaltbarem Anschlag bekannt. Konkret weist hier das Motorlager in einem Haltebügel angeordnete Gummifedern auf, wobei ferner ein in den Gummifedern elastisch aufgehängter Lagerkern eines Motorträgers und mehrere, den Ausschlag der Gummifedern in einem Federspalt begrenzende Elastomeranschläge vorgesehen sind. In dem Federspalt zwischen dem Elastomeranschlag und dem Lagerkern kann eine Schaltzunge eingeschoben werden. Die Schaltzunge ist beispielsweise mit einem Stellmagneten schaltbar.
Auch aus der DE 197 14 724 A1 ist ein aktives Motorlager bekannt, das eine Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat aufweist. Darüber hinaus verfügt diese aktive Motorlagerung über eine Steuervorrichtung, die in Abhängigkeit des Betriebszustandes des Kraftfahrzeugs die Schwingungsdämpfung beeinflusst. Die Steuervorrichtung steuert die aktive Motorbefestigung hierbei derart, dass die Fahrgastzellenschwingungen gedämpft werden, sobald die Antriebskraft auf die Antriebsräder übertragen wird, während die Fahrzeugkarosserieschwingungen gedämpft werden, sobald die Antriebskraft nicht auf die Antriebsräder übertragen wird. Die Ermittlung des Betriebszustandes, ob eine Übertragung der Antriebskraft auf die Antriebsräder erfolgt oder nicht, wird mit Hilfe eines Schaltpositionssensors realisiert, der den jeweiligen Betriebszustand eines Automatikgetriebes ermittelt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu entwickeln, mit der das Antriebsaggregat eines Nutzfahrzeugs beim Anfahren zur Verhinderung von Schwingungen automatisch elastisch festgehalten werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung gelöst, die die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Zu der bereits vorhandenen konstant elastischen Lagerung des Antriebsaggregates ist eine zeitweise in Eingriff bringbare Feststellvorrichtung vorgesehen. Sie ist im Bereich des Getriebeausgangs angeordnet, weil dort über die Gelenkwelle die Reaktionskräfte auf das Antriebsaggregat einwirken, die die Schüttelschwingungen verursachen. Sobald ein Gang eingelegt ist, bei dem erfahrungsgemäß diese Schüttelschwingungen auftreten, wird die Feststelleinrichtung durch das Schließen des Feststellers in Funktion gebracht. Das sind vorzugsweise der 1., 2. und 3. Gang sowie der Rückwärtsgang bzw. die Rückwärtsgänge. Dem Bordrechner des Nutzfahrzeuges werden ständig Informationen darüber zugeführt, welcher Gang gerade eingelegt ist. Diese Informationen werden im Zusammenhang mit einer entsprechenden Programmierung zum selbsttätigen Auslösen der Feststellvorrichtung verwendet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Durch die Wahl der Größe der Luftfeder oder eines Pneumatikzylinders oder eines Hydraulikzylinders oder eines elektromagnetischen Stellzylinders sowie der Stellkraft, mit dem der Feststeller arbeitet, kann die Feststellvorrichtung in weiten Bereichen abgestimmt sein. Auch die Ausbildung der Haltebleche und ihre räumliche Anordnung ist ausschlaggebend dafür, wie sehr die Schwingungen zwischen den Feststellern und dem Antriebsaggregat unterdrückt werden. Die Schaltstrategie der Feststellvorrichtung lässt sich mit Hilfe des Bordrechners ohne zusätzliche Bauteile optimieren.
Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den dazugehörigen Zeichnungen, in denen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist.
Es zeigen
1 eine Vorderansicht der Antriebseinheit mit der teilweise dargestellten Gelenkwelle und der Feststellvorrichtung mit waagerecht angeordneten Halteblechen in geöffnetem Zustand,
2 eine Seitenansicht der am Fahrzeugrahmen angeordneten Antriebseinheit mit der teilweise dargestellten Gelenkwelle,
3 die Vorderansicht der Antriebseinheit nach 1 mit der in Eingriff gebrachten Feststellvorrichtung,
4 eine Vorderansicht der Antriebseinheit mit der teilweise dargestellten Gelenkwelle und der Feststellvorrichtung mit V-förmig angeordneten Halteblechen in geöffnetem Zustand,
5 die Vorderansicht der Antriebseinheit nach 4 mit der in Eingriff gebrachten Feststellvorrichtung und
6 den Pneumatikschaltplan zur Ansteuerung der Luftfeder.
Das Antriebsaggregat 1 eines Lastkraftwagens besteht nach den 1 und 2 aus dem Motor 2 und dem Getriebe 3. Am Getriebeausgang befindet sich die Gelenkwelle 4. Das Antriebsaggregat 1 ist zwischen den beiden Rahmenlängsträgern 5 angeordnet. Zur elastischen Aufnahme des Antriebsaggregats 1 an diesen Rahmenlängsträgern 5 sind auf beiden Seiten des Motors 2 je zwei elastische Lagerelemente 6 vorgesehen. Sie sind in der bekannten, zeichnerisch nicht dargestellten Weise ausgeführt. Der je Lagerstelle verwendete Gummikörper kann besondere Merkmale aufweisen und ist das elastische Lagerelement. Durch diese elastische Lagerung des Antriebsaggregats 1 wird der größte Teil der Motorschwingungen vom Fahrzeugrahmen ferngehalten.
Die Schüttelschwingungen treten beim Anfahren in den unteren Gängen sowie beim Fahren im Rückwärtsgang und gegebenenfalls im zweiten Rückwärtsgang auf. Das Lösungsprinzip beruht darauf, dass das Antriebsaggregat 1 beim Fahren in diesen Gängen zusätzlich durch eine Feststellvorrichtung gehalten ist, ohne eine permanent wirkende weitere Lagerstelle zu schaffen. Dazu wird am ausgangsseitigen Ende des Getriebes 3 gegenüberliegend je ein Feststeller 7 angeordnet, mit dem zwischen dem Antriebsaggregat 1 und den beiden Rahmenlängsträgern 5 schwingungsabhängig zeitweise eine elastische Klemmverbindung hergestellt werden kann und so das Anfahrschütteln unterbunden wird. Je ein Feststeller 7 ist nach den 2 und 3 beiderseits des Getriebes 3 symmetrisch angeordnet. Zu jedem dieser Feststeller 7 gehört ein als Gummipuffer ausgebildetes Gegendruckelement 8, das mittels eines Lagerhalters am unteren Schenkel des Rahmenlängsträgers 5 befestigt ist. Über diesem Gegendruckelement 8 ist in einem Abstand ein beispielsweise als Luftfeder ausgebildetes Druckelement 9 angeordnet. Es ist mittels eines weiteren Lagerhalters am oberen Schenkel des Rahmenlängsträgers 5 befestigt. In den Abstand zwischen dem oberen Druckelement 9 und dem unteren Gegendruckelement 8 ragt auf beiden Seiten jeweils ein fest mit dem Getriebe 3 verbundenes Halteblech 10, das durch eine Rippe verstärkt ist. Beide Haltebleche 10 sind am Getriebegehäuse in einer ersten Variante nach den 1 und 3 waagerecht, und in einer zweiten Variante nach den 4 und 5 schräg nach oben steigend angeordnet. Mit der ersten Variante der waagerecht angeordneten Haltebleche 10 wird eine etwas weichere und mit der zweiten Variante der schräg angeordneten Haltebleche 10 eine etwas härtere Feststellung erzielt. Der Schaltplan für die Ansteuerung des als Luftfeder ausgebildeten Druckelementes 9 ist in 6 dargestellt. Die Druckluft zur Betätigung der Luftfeder 9 wird aus der Pneumatikanlage des Lastkraftwagens bereit gestellt. Die Steuerung erfolgt über den Bordrechner 11. Wenn das Fahrzeug im 1., 2. und 3. Gang oder im Rückwärtsgang, beziehungsweise dem 2. Rückwärtsgang gefahren wird, gibt der Bordrechner 11 einen Befehl zum Öffnen des zur Luftfeder 9 führenden Ventils. Die Luftfeder 9 wird mit Druck beaufschlagt und klemmt so mit dem elastischen Gegendruckelement 8 das Halteblech 10 fest. Diese Situation ist in den 3 und 5 dargestellt. So wird das Anfahrschütteln unterbunden. In dieser Situation wird ein größerer Teil sowohl der Motorschwingungen als auch der Motorgeräusche auf das Fahrwerk und die Fahrkabine übertragen. Die Stärke dieser Übertragung hält sich jedoch in Grenzen, weil bei diesem Einklemmen durch das elastische Gegendruckelement 8 eine Restdämpfung erhalten bleibt. Schaltet der Fahrzeugführer in den nächsthöheren 4. Gang, wird durch ein Signal des Bordrechners 11 die Luftfeder 9 entlüftet und das Halteblech 10 wieder frei gegeben. Die vom Antriebsaggregat 1 erzeugten Bewegungsschwingungen und Geräusche werden nun weitgehend von den vier elastischen Lagerelementen 6 isoliert.
An Stelle der Luftfeder 9 kann als Druckelement 9 alternativ auch ein Pneumatikzylinder, ein Hydraulikzylinder oder ein elektromagnetischer Stellzylinder zur Anwendung kommen. Welche Ausführungsart günstiger ist, hängt im konkreten Fall von der Ausrüstung des Fahrzeuges ab. Die Elastizität des zeitweisen Feststellens des Antriebsaggregats 1 zur weitgehenden Kompensation des Anfahrschüttelns kann durch drei Faktoren beeinflusst werden:

– die Elastizität des Gegendruckelementes 8,
– die Kraft, mit dem das Druckelement 9 beaufschlagt wird und
– die räumliche Anordnung des Haltebleches 10.

Auf der Grundlage dieser Faktoren kann die konstruktive Ausbildung der Feststellvorrichtung für das Antriebsaggregat 1 eines Nutzfahrzeuges für jeden Fahrzeugtyp optimal abgestimmt sein.
Bezugszeichenliste

1: Antriebsaggregat
2: Motor
3: Getriebe
4: Gelenkwelle
5: Rahmenlängsträger
6: elastisches Lagerelement
7: Feststeller
8: elastischem Gegendruckelement
9: Druckelement/Luftfeder
10: Halteblech
11: Bordrechner

Claims

Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat (1) eines Nutzfahrzeuges, wobei das Antriebsaggregat (1) einen Motor (2) sowie ein Getriebe (3) aufweist und mittels elastischer Lagerelemente (6) an einem über zwei Rahmenlängsträger (5) verfügenden Chassis angeordnet ist und ein Bordrechner (11) vorgesehen ist, der den im Getriebe (3) eingelegten Gang erkennt und unter Berücksichtigung des eingelegten Ganges Signale zum selbsttätigen Auslösen der Feststelleinrichtung erzeugt, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig des Getriebes (3) im Bereich des Getriebeausgangs gegenüberliegend an den Rahmenlängsträgern (5) je ein Feststeller (7) mit einem Druckelement (9) und einem Gegendruckelement (8) befestigt ist, wobei jeweils zwischen das Druckelement (9) und das Gegendruckelement (8) ein fest mit dem Getriebe (3) verbundenes Halteblech (10) hineinragt und die Druckelemente (9) aufgrund der Signale, die unter Berücksichtigung des eingelegten Ganges im Bordrechner (11) erzeugt werden, derart betätigbar sind, dass zwischen dem Antriebsaggregat (1) und den beiden Rahmenlängsträgern (5) schwingungsabhängig zeitweise eine elastische Klemmverbindung herstellbar ist.
Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat (1) eines Nutzfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in nicht betätigtem Zustand des Druckelements (9) zwischen dem Druckelement (9) und dem Halteblech (10) sowie dem elastischen Gegendruckelement (8) und dem Halteblech (10) jeweils ein Abstand (a) vorgesehen ist, der größer als die größte auftretende Schwingungsamplitude des Antriebsaggregates (1) an dieser Stelle ist.
Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat (1) eines Nutzfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckelement (9) eine pneumatische Feder, ein Pneumatikzylinder, ein Hydraulikzylinder oder eine elektromagnetische Stelleinrichtung vorgesehen ist.
Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat (1) eines Nutzfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Abstimmung des Bereiches der Haltekraft die Größe der Feststeller (7) und ihre einzelne Feststellkraft herangezogen wird.
Feststellvorrichtung für ein Antriebsaggregat (1) eines Nutzfahrzeuges nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elastizität der Feststeller (7) an den Fahrzeugtyp angepasst ist.