DE19711689A1 - Aggregat-Lager - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Aggregat-Lager gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Das erfindungsgemäße Aggregat-Lager ist insbesondere zur Lagerung von Aggregaten eines Kraftfahrzeuges einsetzbar.

Es ist bereits bekannt, Gummilager zur Lagerung von schwingenden mit Vibratio­ nen beaufschlagten Aggregaten, wie beispielsweise einem Kraftfahrzeugmotor oder einem Getriebe, einzusetzen. Diese Gummilager können mit einer integrierten hydraulischen Dämpfung bzw. einem Tilger versehen sein. Die bekannten Lager sind oft zur Anpassung an bestimmte Betriebszustände zwischen einer hohen Steifigkeit zur Unterdrückung störender Schwingungen und einer geringen Steifig­ keit zum Fernhalten störender Geräusche und Vibrationen schaltbar. Hierzu wird entweder durch eine entsprechende Bypass-Zuschaltung die hydraulische Dämp­ fer-/Tilgerwirkung beeinflußt oder durch mechanische Vorrichtungen ein Teil des Lagers bei Bedarf blockiert, um die Steifigkeit zu verändern. Diese bekannten schaltbaren Lager haben jedoch einen hohen baulichen Aufwand, lange Schaltzei­ ten und erfordern oft einen großen Bauraum.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Aggregat-Lager zu schaffen, bei dem die Anpas­ sung an die unterschiedlichen Betriebszustände einfach und schnell erfolgt.

Dies wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Aggregat-Lager werden magnetorheologische Fluide zur sehr schnellen Veränderung der Lagersteifigkeit genutzt. Diese an sich be­ kannten Fluide verändern ihre Viskosität unter Einwirkung eines Magnetfeldes. Bei An liegen einer ausreichend hohen magnetischen Feldstärke kann ein annähernd fester Aggregat-Zustand des Fluids erreicht werden. Diese Aggregat-Zustandsän­ derung erfolgt innerhalb von wenigen Millisekunden.

Durch die erfindungsgemäße konstruktive Ausführung des Aggregat-Lagers wird eine niedrige Federrate erreicht, wenn kein Magnetfeld auf das magnetorheologi­ sche Fluid wirkt. Das Fluid bleibt dann in seinem flüssigen Zustand und das Fe­ derelement, das mit dem Fluid gefüllt ist, kann sich unter Last entsprechend dem zur Verfügung stehenden Verformungsweg ohne Einschränkung verformen.

Eine hohe Federrate wird erzielt, indem das Fluid durch ein Magnetfeld in einen festen Zustand gebracht wird. Dann kann sich der Teil, der mit dem festen Fluid gefüllt ist, nicht mehr frei verformen. Das Fluid wirkt wie ein Anschlagpunkt. Aus diesem Grund kann nur der übrige Teil des Federelementes federn. Durch diese Bauweise ergeben sich sehr kurze Verstellzeiten. Ferner erfordert das erfindungs­ gemäße Aggregat-Lager keine zusätzlichen mechanischen Elemente, so daß die Störanfälligkeit und Kosten gering sind. Schließlich baut das erfindungsgemäße Aggregat-Lager durch den einfachen Aufbau kompakt.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Aggregat-Lagers werden in den Unteransprüchen beschrieben.

Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen beispielshalber beschrieben. Dabei zeigen

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform eines Aggregat-La­ gers,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Kraft-/Weg-Kennlinie für ein Lager mit einem festen Fluid und daher mit einer hohen Steifigkeit und für das gleiche Lager mit einem flüssigen Fluid und daher mit einer niedrigen Steifigkeit,

Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Aggregat-La­ gers,

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform eines Aggregat-La­ gers,

Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine vierte Ausführungsform eines Aggregat-La­ gers,

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine fünfte Ausführungsform eines Aggregat-La­ gers,

Fig. 7 eine Ansicht von oben auf das zur Hälfte im Schnitt dargestellte Lager der Fig. 6 und

Fig. 8 einen Längsschnitt durch eine sechste Ausführungsform eines Aggregat- Lagers.

Die Fig. 1 zeigt ein Aggregat-Lager 1, mit einem Federelement 2, das in der ge­ zeigten Ausführungsform aus Gummi besteht. An einer nach außen hinzeigenden Stirnfläche 3 des rotationssymmetrischen Federelementes 2 ist ein als Gewindestift ausgebildetes Befestigungselement 4 angeordnet. Ferner weist das Federelement 2 an seiner zur Stirnfläche 3 gegenüberliegenden inneren Stirnfläche 5 eine sym­ metrisch zu einer Längsachse 6 ausgebildete Ausnehmung 7 auf, die in der vorlie­ genden Ausführungsform zylinderförmig ist. Innerhalb der Ausnehmung 7 ist ein Elektromagnet 8 angeordnet. Der verbleibende Raum der Ausnehmung 7 dient als eine Fluidkammer 9 und ist mit einem magnetorheologischen Fluid 10 gefüllt. Die ringförmige Stirnfläche 5 ist mit einer Platte 11 dicht verbunden. Symmetrisch zum Federelement 2 ist ein Elektromagnet 12 an der Platte 11 befestigt. Ferner wird der Elektromagnet 12 durch ein Gehäuse 13 gehaltert, das den Elektromagneten 12 an seiner Umfangsfläche 14 und seiner Stirnfläche zumindest teilweise umgreift. Zwischen einer inneren Umfangsfläche 16 des Elektromagneten 12 und einer äußeren Umfangsfläche 17 des Federelementes 2 ist ein ringförmiger Luftspalt 18 vorgesehen. Das Gehäuse 13 weist einen ringförmigen Abschnitt 19 auf, dessen äußere Stirnfläche 20 oberhalb eines Bodens 21 der Ausnehmung 7 ausgebildet ist. Das Gehäuse 13 ist über einen äußeren Umfangsflansch 22 mit der Platte 11 verbunden.

Im ausgeschalteten Zustand der Elektromagnete 8, 12 wirkt kein Magnetfeld auf das magnetorheologische Fluid 10. Das Fluid 10 ist aus diesem Grund flüssig. Das Federelement 2 kann sich daher sowohl in seinem oberen aus Gummi bestehen­ den Abschnitt oder Teil 23 als auch in seinem unteren mit dem flüssigen Fluid 10 gefüllten Abschnitt oder Teil 24 verformen. Das Federelement 2 weist in diesem nicht geschalteten Zustand eine niedrige Federrate oder eine geringe Steifigkeit auf.

Durch das Erzeugen eines Magnetfeldes über die Elektromagnete 8, 12 verändert das magnetorheologische Fluid 10 seine Viskosität. Bei Anliegen einer ausrei­ chend hohen magnetischen Feldstärke kann ein relativ fester Zustand des Fluids erreicht werden. Befindet sich das Fluid 10 in einem nahezu festen Zustand, kann sich der untere, mit dem magnetorheologischen Fluid gefüllte Teil 24 des Feder­ elementes 2 nicht mehr frei verformen. Aus diesem Grund federt nur noch der obere Teil 23 des Federelementes 2. Das Aggregat-Lager 1 weist in diesem ge­ schalteten Zustand eine hohe Federrate oder eine hohe Steifigkeit auf.

Die Änderung der Viskosität von einem flüssigen zu einem relativ festen Zustand des Fluids 10 erfolgt innerhalb von wenigen Millisekunden. Das Kraft-Weg-Dia­ gramm der Fig. 2 zeigt in einer punktiert gezeichneten, relativ gering ansteigenden Linie den nicht geschalteten Zustand des Aggregat-Lagers 1, wenn das ma­ gnetorheologische Fluid 10 flüssig ist und somit sowohl der obere als auch der untere Abschnitt 23, 24 des Federelementes 2 federn kann. In einer durchgezoge­ nen Linie ist das Kraft-Verformungsweg-Verhalten des Federelementes 2 gezeigt, wenn das magnetorheologische Fluid 10 durch das Einwirken eines Magnetfeldes fest ist, so daß nur der obere Abschnitt 23 des Federelementes 2 federn kann. Entsprechend steif ist dann das Aggregat-Lager 1.

Die Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Aggregat-Lagers 25, bei dem in einem aus einem Gummi oder einem Elastomer hergestellten Federelement 26 zwei in Form von Ringkanälen ausgebildete Fluidkammern 27, 28 vorgesehen sind. Die Fluidkammern 27, 28 sind an den gegenüberliegenden Stirnflächen 29, 30 des zylinderförmigen Federelementes 26 vorgesehen. Die Abdichtung der nach außen hin offenen Fluidkammern 27, 28 erfolgt durch dicht an den Stirnflächen 29, 30 angeordnete Platten 31, 32. An diesen Platten 31, 32 sind jeweils Befestigungs­ elemente 33, 34, wie beispielsweise Gewindebolzen, an von dem Federelement 26 abgewandten Außenflächen 35, 36 vorgesehen. Das Federelement 26 weist ferner jeweils einen konzentrisch zu einer Symmetrielinie 37 angeordneten Elektromagne­ ten 38, 39 auf, der in jeweils einer Ausnehmung 40, 41 symmetrisch zu einer inne­ ren Umfangsfläche 42, 43 der jeweiligen Fluidkammer 27, 28 angeordnet ist. Symmetrisch zu einer äußeren Umfangsfläche 44, 45 der jeweiligen Fluidkammer 27, 28 ist jeweils ein weiterer Elektromagnet 46, 47 vorgesehen, der, wie in der Fig. 3 gezeigten Ausführungsform, an der jeweiligen Platte 31, 32 befestigt ist.

Die Ausnehmungen für die Fluidkammern 27, 28 und die Elektromagneten 38, 39 sind bei dem Aggregat-Lager 25 der Fig. 3 einfach herzustellen. Ferner ist eine mehrstufige Verstellung der Lagersteifigkeit möglich. Ein Aggregat-Lager 25 mit einer niedrigen Federrate, d. h. mit einer geringen Steifigkeit, ist dadurch einstell­ bar, daß das in den Fluidkammern 27, 28 befindliche magnetorheologische Fluid 10 flüssig ist. Ein mittelhartes oder mittelsteifes Aggregat-Lager 25 ergibt sich da­ durch, daß entweder das Fluid 10 der oberen Fluidkammer 27 oder der unteren Fluidkammer 28 durch das Einwirken eines Magnetfeldes des dazugehörigen Elektromagneten 38, 46; 39, 47 einen festen Aggregat-Zustand aufweist. Eine hohe Federrate oder ein steifes Aggregat-Lager 25 ist dadurch erzeugbar, daß das Fluid 10 der beiden Fluidkammern 27, 28 mit einem Magnetfeld der Elektromagne­ ten 38, 46; 39, 47 beaufschlagt wird, so daß das Fluid 10 in den beiden Fluidkammern 27, 28 eine hohe Viskosität oder einen festen Aggregat-Zustand aufweist.

Die Fig. 4 zeigt eine dritte Ausführungsform eines rotationssymmetrischen Aggre­ gat-Lagers 48. Das Aggregat-Lager 48 ist mit einer großen Anzahl von kleineren Fluidkammer 49 bis 57 versehen. Diese Fluidkammern 49 bis 57 werden durch die Dreiteilung des aus einem Gummi oder einem Elastomer bestehenden Federele­ mentes 58 herstellbar. Wie aus der Fig. 4 hervorgeht, weist das Federelement 58 einen äußeren Ringkörper 59 auf, in dessen tonnenförmigem Hohlraum 60 eine obere und eine untere rotationssymmetrische Scheibe 61, 62 angeordnet ist. In der Innenwand 63 des Ringkörpers 59 sowie an den Außenflächen 64, 65 der Schei­ ben 61, 62 sind offene Ausnehmungen 66, 67, 68 ausgebildet, die in dem in der Fig. 4 gezeigten zusammengesetzten Zustand die Fluidkammern 49 bis 57 bilden. Auf der oberen und der unteren Stirnfläche 69, 70 des Federelementes 58 ist je­ weils ein rotationssymmetrisches Gehäuse 71, 72 befestigt. Die jeweilige an der entsprechenden Stirnfläche 69, 70 des Federelementes 58 dicht befestigte Außen­ fläche 73, 74 des Gehäuses 71 oder 72 schließt die noch offene Ausnehmung 67, 68 der Fluidkammer 49 bzw. 50. In den Gehäusen 71, 72 sind jeweils Elektro­ magnete 75, 76 angeordnet, durch die ein Magnetfeld parallel zu einer Symmetrie­ achse 77 erzeugbar ist. Die Fluidkammern 49 bis 57 sind mit einem magnetorheo­ logischen Fluid 10 gefüllt. Das Fluid 10 wird durch eine Montage des Aggregat-La­ ger 48 in einem mit dem Fluid 10 gefüllten Behälter oder dergleichen in die Fluid­ kammern 49 bis 57 gebracht. An den vom Federelement 58 abgewandten Außen­ flächen 78, 79 des jeweiligen Gehäuses 71, 72 ist jeweils ein beispielsweise als Gewindebolzen ausgebildetes Befestigungselement 80, 81 angeordnet.

Die Fig. 5 zeigt eine vierte Ausführungsform eines Aggregat-Lager 82, bei dem ein herkömmliches Hydrolager 83 in Reihe mit einem steifigkeitsveränderlichen Lager 84 geschaltet ist. Das Lager 84 weist ein mit einem magnetorheologischen Fluid 10 gefülltes Federelement 85 auf. Parallel zu einer Symmetrieachse 86 ist ein Elek­ tromagnet 87 zentrisch angeordnet, der durch die Einwirkung eines Magnetfeldes die Viskosität des Fluids 10 von einem flüssigen bis zu einem festen Zustand ver­ ändern kann. Als Wegbegrenzung oder Anschlag ist ein ringförmiger Gehäuseab­ schnitt 88 des Hydrolagers 83 konzentrisch unter Bildung eines Luftspaltes 90 zu einer Außenwand 91 des Federelementes 85 angeordnet.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine fünfte Ausführungsform eines Aggregat-Lager 92. Das Aggregat-Lager 92 weist ein ständig wirkendes Federelement 93 sowie dazu­ schaltbare Federelemente 94 und 95 auf. Die Dazuschaltung der Federelemente 94, 95 erfolgt durch jeweils ein mittelbar über einen Elektromagneten 103a, 103b betätigbares Ventil 96, 97. Die Ventile 96, 97 weisen in der in den Fig. 6 und 7 ge­ zeigten Ausführungsform im Längsschnitt einen Doppelkonus 98 auf, der X-förmig ist. Entsprechend ist die schmalste Durchgangsöffnung 99 in der Mitte 100 des jeweiligen Ventils 96, 97 ausgebildet. An einer Umfangsfläche 101 des jeweiligen Ventils 96, 97 sind Wicklungen 102 des jeweiligen Elektromagneten 103a, 103b angeordnet. Durch die Wirkung eines durch den jeweiligen Elektromagneten 103 erzeugten Magnetfeldes wird das in der jeweiligen Durchgangsöffnung 99 befindli­ che magnetorheologische Fluid 10 von einem flüssigen Zustand in einen festen Zustand umgewandelt. Wird das Fluid 10 in dem dazugeschalteten Ventil 96, 97 fest, dann verschließt ein Pfropf aus dem festen Fluid 10 die jeweilige Durch­ gangsöffnung 99. Die Fluidkammer 104, 105 des betreffenden Federelementes 94, 95 ist dann nicht mehr nutzbar, so daß keine Verformung des Federelementes 94, 95 unter Last möglich ist. Das Aggregat-Lager 92 weist dann eine entsprechend hohe Federrate oder hohe Steifigkeit auf. Kann das Fluid 10 durch die Durch­ gangsöffnungen 99 der Ventile 96, 97 strömen, dann ist das Aggregat-Lager 92 entsprechend weich, d. h. die Federrate ist niedrig.

Wie aus den Fig. 6 und 7 hervorgeht, weist das Aggregat-Lager 92 eine relativ große, rotationssymmetrische Fluidkammer 106 auf, deren eines offenes Ende durch das ringförmige Federelement 93 und ein zentrisch angeordnetes Befesti­ gungselement 108 verschlossen ist. Das dazu gegenüberliegende Ende 109 der Fluidkammer 106 ist durch ein Gehäuse 110 verschlossen, das wie das Befesti­ gungselement 108 mit einem Gewindebolzen 111 versehen ist. An einer Umfangs­ fläche 112 der Fluidkammer 106 sind symmetrisch einander gegenüber angeord­ nete, ring- oder rohrförmige Flansche 113, 114 ausgebildet. An den freien Enden 115, 116 der Flansche 113, 114 sind die Federelemente 94, 95 befestigt. Gegen­ über den äußeren Flanschen 113, 114 ist jeweils ein innerhalb der Fluidkammer 106 befindlicher Flansch 117, 118 an dem dazugehörigen Flansch 113, 114 befe­ stigt. In dem durch die Flansche 113, 117 und 114, 118 geschaffenen zylindrischen Hohlraum 119 ist jeweils das Ventil 96 und 97 angeordnet.

Die Fig. 8 zeigt eine sechste Ausführungsform eines Aggregat-Lagers 120. Das Aggregat-Lager 120 besteht aus zwei in Reihe geschalteten Federelementen 121 und 122. Das Federelement 121 ist ein rotationssymmetrischer Elastomer- oder Gummikörper, dessen Federkraft ständig nutzbar ist. Oberhalb des Federelemen­ tes 121 ist eine Fluidkammer 123, die mit einem magnetorheologischen Fluid 10 gefüllt ist, in einem Gehäuse 124 mit einem offenen Ende 125 ausgebildet. Dieses Ende 125 ist durch das Federelement 122 verschlossen. Die Fluidkammer 123 ist von einem Elektromagneten 126 umgeben, durch dessen Magnetfeld im dazuge­ schalteten Zustand das magnetorheologische Fluid 10 fest wird und die Federrate des Aggregat-Lagers 120 einen hohen Wert einnimmt. Im nicht dazugeschalteten Zustand des Elektromagneten 126 ist das magnetorheologische Fluid 10 flüssig, so daß das Federelement 122 auch wirksam ist. In diesem Zustand weist das Aggre­ gat-Lager 120 eine niedrige Federrate oder eine geringe Steifigkeit auf. An den nach außen zeigenden Enden 127 und 128 der Federelemente 121 und 122 ist jeweils ein Befestigungselement 129 und 130 angeordnet, das beispielsweise mit einem Gewindebolzen versehen sein kann.

Claims (9)

1. Aggregat-Lager, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit mindestens einem Federelement und mit Befestigungselementen zur Anbindung an die zu la­ gernden Teile, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement (2; 26; 58; 85; 94, 95; 122) eine Fluidkammer (9; 27, 28; 49 bis 57; 86; 104, 105; 123) aufweist, die mit einem magnetorheologischen Fluid (10) gefüllt ist, daß außerhalb und/oder innerhalb der Fluidkammer (9; 27, 28; 49 bis 57; 86; 104, 105; 123) minde­ stens ein Elektromagnet (8, 12; 38, 39, 46, 47; 75, 76; 87; 103; 126) so an­ geordnet ist, daß bei einem auf das Fluid (10) wirkenden Magnetfeld des betreffenden Elektromagneten eine Erhöhung der Viskosität des Fluids (10) von einem flüssigen bis zu einem festen Zustand eintritt, die zu einer Erhö­ hung der Federrate des Aggregat-Lagers (1, 25, 48; 82, 92, 120) führt.

2. Aggregat-Lager nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid (10) ohne eine Magnetfeldeinwir­ kung flüssig ist.

3. Aggregat-Lager nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid (10) durch die Magnetfeldeinwir­ kung sofort einen annähernd festen Zustand einnimmt, so daß der Teil des Aggregat-Lagers (1, 25, 48; 82, 84; 92, 120) in dem die Fluidkammer (9; 27, 28; 49 bis 57; 86; 104, 105, 123) ausgebildet ist, sich nicht mehr frei ver­ formen kann.

4. Aggregat-Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Fluidkammer (9; 27, 28) in einer Stirnseite (5; 29, 30) des Federelementes (2, 26) ausgebildet ist.

5. Aggregat-Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkammer (9; 27, 28; 49 bis 57; 86; 104, 105, 106; 123) rotationssymmetrisch ist.

6. Aggregat-Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidkammer (9; 27, 28; 49 bis 57) die Form eines Zylinders oder eines Ringkanals oder eines Ellipsoids aufweist.

7. Aggregat-Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Federelement mehrteilig aus einem äußeren Ringkörper (59) und mindestens einer, in einem Hohlraum (60) des Ringkörpers (59) angeordneten rotationssymmetrischen Scheibe (61, 62) besteht, daß in den sich gegenüberliegenden Flächen (63, 64, 65) der Teile (59, 61, 62) des Federelementes (58) Ausnehmungen (66, 67, 68) ausge­ bildet sind, die mit den dazu passenden Ausnehmungen und/oder den an­ grenzenden Außenflächen (73, 74) die Fluidkammern (49 bis 57) bilden.

8. Aggregat-Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein über ein Magnetfeld steifig­ keitsveränderbares Aggregat-Lager (84, 92, 120) mit mindestens einem ständig wirksamen Federelement (93, 121) und/oder mit mindestens einem Hydrolager (83) und/oder mit mindestens einem weiteren über ein Magnet­ feld steifigkeitsveränderbaren Aggregat-Lager in Reihe geschaltet ist.

9. Aggregat-Lager nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Aggregat-Lager (92) aus einem ständig wirksamen Federelement (93) und mindestens einem dazuschaltbaren Fe­ derelement (94, 95) besteht, daß die beiden Federelemente (93, 94, 95) mit einem magnetorheologischen Fluid (10) gefüllt sind und über mindestens ein Ventil (96, 97) mit mindestens einer Durchgangsöffnung (99) miteinan­ der verbunden sind, daß bei einer Einwirkung eines Magnetfeldes eines Magneten (103) auf das in dem Ventil (96, 97) befindliche magnetorheolo­ gische Fluid (10) das magnetorheologische Fluid (10) einen nahezu festen Aggregat-Zustand einnimmt und die Durchgangsöffnung (99) verschließt, so daß das dazuschaltbare Federelement (94, 95) keine Last mehr aufnehmen kann.