DE4009995A1 - Verfahren zur schwingungsisolierenden lagerung einer motor-getriebeeinheit und lagerung nach diesem verfahren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur schwin­ gungsisolierenden Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit in einem Kraftfahrzeug, die eine definierte Torque-Roll- Achse aufweist.

Üblicherweise wird ein Kraftfahrzeugmotor oder eine Mo­ tor-Getriebeeinheit an drei Punkten gelagert, wobei diese Lager die statische Last des Motors aufnehmen sowie auf­ tretende Drehmomente abstützen müssen und darüber hinaus noch eine Schwingungsisolierung bewirken sollen, um die Übertragung von Vibrationen und akustischen Schwingungen zu minimieren. Zur Optimierung der Schwingungsisolation ist es dabei beispielsweise aus der DE-OS 38 08 762 be­ kannt, die Traglager in Höhe des Schwerpunktes der An­ triebseinheit anzuordnen und oberhalb und unterhalb davon nach beiden Seiten gerichtete Drehmomentstützen anzubrin­ gen, womit eine getrennte Abstimmbarkeit einzelner Eigen­ schwingungsfrequenzen möglich sein soll. Eine solche La­ gerung bringt zwar erhebliche Vorteile, insbesondere be­ züglich einer geringeren Übertragung des Leerlaufschüt­ telns, ohne jedoch ein optimales Ergebnis zu bringen.

Bei der Analyse von Motorbewegungen und Motorschwingungen hat sich nämlich ergeben, daß es dafür im wesentlichen zwei Hauptrichtungen bzw. Hauptachsen gibt, und zwar ein­ mal die Torque-Roll-Achse, d. h. die Achse, um die der Mo­ tor im Leerlauf aufgrund der in ihm wirkenden Kräfte und Momente frei schwingen würde, wenn er nicht von außen ge­ lagert und abgestützt wäre. Diese Torque-Roll-Achse deckt sich dabei nicht mit einer Hauptträgheitsachse der Motor- Getriebeeinheit, sondern liegt abhängig von der Lage der Kurbelwelle etwas im Winkel dazu versetzt und ändert ihre Lage auch geringfügig entsprechend der jeweiligen Dreh­ zahl. Andererseits ist maßgebend die Richtung des sta­ tischen Momentes, d. h. praktisch die Richtung der Ab­ triebswelle zu den angetriebenen Rädern.

Grundsätzlich sind zwei konstruktive Konfigurationen von Zuordnung von Torque-Roll-Achse zu Richtung des sta­ tischen Momentes zu unterscheiden, und zwar einmal, daß die Torque-Roll-Achse praktisch senkrecht zur Richtung des statischen Momentes verläuft, was bei vorderradange­ triebenen Fahrzeugen mit längs eingebautem Motor oder bei hinterradangetriebenen Fahrzeugen mit quer eingebautem Motor vorliegt. Die andere Grundfiguration besteht darin, daß die Torque-Roll-Achse angenähert parallel zur Rich­ tung des statischen Momentes verläuft, was bei vorderrad­ angetriebenen Fahrzeugen mit quer eingebautem Motor oder bei hinterradangetriebenen Fahrzeugen mit längs eingebau­ tem Motor der Fall ist.

Ausgehend von diesen grundlegenden Gegebenheiten liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren anzugeben, mit dem eine derartige Motor-Getriebe­ einheit optimal schwingungsisoliert gelagert werden kann, wobei insbesondere auch die Übertragung des sich insbe­ sondere bei Dieselmotoren unangenehm bemerkbar machenden Leerlaufschüttelns praktisch vollständig unterbunden wer­ den soll.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekenn­ zeichnet durch eine Lagerung unter Entkopplung der Dreh­ steifigkeiten um die Torque-Roll-Achse und um die Rich­ tung des statischen Momentes derart, daß eine geringe Drehsteifigkeit um die Torque-Roll-Achse und eine hohe Drehsteifigkeit um die Richtung des statischen Momentes erhalten wird.

Durch eine drehweiche Lagerung der Motor-Getriebeeinheit um die Torque-Roll-Achse, d. h. wenn Schwingungen des Mo­ tors um diese Achse möglichst wenig behindert werden, er­ gibt sich damit eine optimale Isolation. Durch die dreh­ steife Abstützung des statischen Momentes werden dagegen Bewegungen des Motors begrenzt. Grundsätzlich ist dabei zu beachten, daß eine Abstützung des statischen Momentes möglichst wenig auch zu einer Abstützung der Torque- Roll-Achse führt, um damit die Drehschwingungen des Mo­ tors um diese Achse möglichst wenig zu behindern.

Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Motor-Getriebeeinheit in zwei Punkten der Torque-Roll-Achse gelagert und eine zusätzliche Momentenabstützung vorgesehen wird.

Es ist aber auch möglich, die Motor-Getriebeeinheit in einem Punkt der Torque-Roll-Achse direkt und in zwei wei­ teren Punkten in der Tangente zu einem auf die Torque- Roll-Achse gerichteten Radius abzustützen derart, daß in Richtung der Tangente eine geringe Federsteifigkeit und in Richtung quer zur Tangente eine hohe Federsteifigkeit der Lagerung vorliegt.

Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf eine Lage­ rung einer Motor-Getriebeeinheit unter Anwendung des vor­ stehenden Verfahrens, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, daß bei angenähert senkrecht aufeinanderstehendem Verlauf von Torque-Roll-Achse und Richtung des statischen Momentes die Motor-Getriebeeinheit in zwei elastischen Lagern im Verlauf der Torque-Roll-Achse gelagert ist und seitlich an der Motor-Getriebeeinheit eine Zusatzstütze zur Abstützung auftretender Trägheitskräfte angelenkt ist.

Dabei kann die Zusatzstütze eine Dämpfung für große Am­ plituden aufweisen.

In Weiterbildung der Erfindung kann bei angenähert pa­ rallem Verlauf von Torque-Roll-Achse und Richtung des statischen Momentes die Motor-Getriebeeinheit in zwei elastischen Lagern im Verlauf der Torque-Roll-Achse gela­ gert und eine senkrecht dazu verlaufende Drehmomentab­ stützung vorgesehen sein.

Dabei ist zweckmäßigerweise eine Drehmomentstütze vorge­ sehen, die als Pendelstütze ausgeführt ist und deren Längsachse senkrecht auf die Torque-Roll-Achse gerichtet ist. Die Lagersteifigkeit der beiden Lager auf der Torque-Roll-Achse könnte dabei so gestaltet sein, daß sie zur Angriffsseite der Drehmomentstütze hin größer ist als auf der abgewandten Seite. Damit wird erreicht, daß auf die Drehmomentstütze nur Zugkräfte einwirken.

Es ist aber auch möglich, daß eine Pendelstütze vorgese­ hen ist, deren motorseitige Anlenkungspunkt senkrecht un­ ter der Torque-Roll-Achse liegt und deren aufbauseitige Anlenkung in einem elastischen Lager erfolgt, um damit Setzerscheinungen der eigentlichen Motorlager auszu­ gleichen.

Das Pendelstützenlager kann dabei als progressiv wirken­ des Gummilager ausgebildet und gegebenenfalls in Zug- und Druckrichtung für große Amplituden gedämpft sein.

Eine weitere Möglichkeit der Lagerung bei angenähert pa­ rallelem Verlauf von Torque-Roll-Achse und Richtung des statischen Momentes kann darin bestehen, daß die Motorge­ triebeeinheit in einem Punkt des getriebeseitigen Astes der Torque-Roll-Achse und in zwei weiteren im Bereich des Motorblockes liegenden Punkten gelagert ist, die auf einer Tangente an einen senkrecht unterhalb der Torque- Roll-Achse verlaufenden Radius mit gleichem seitlichen Abstand von diesem liegen. Die Projektion des getriebe­ seitigen Lagers in Richtung des statischen Momentes soll­ te dabei zweckmäßigerweise auf die Tangente fallen.

Wenn die Tangente unterhalb des Schwerpunktes der Motor- Getriebeeinheit verläuft, dienen die beiden Tangentenla­ ger gleichzeitig als alleinige Traglager.

Es ist dabei zweckmäßig, wenn die Länge des Radius größer ist als die Länge jedes Tangentenabschnittes zwischen Ra­ diusendpunkt und jeweiligem Lagerpunkt.

Dabei sind die auf der Tangente liegenden Lager zweck­ mäßigerweise als Gummilager mit in tangentialer Richtung geringerer Steifigkeit als in radialer Richtung ausgebil­ det.

Es ist aber auch möglich, daß die auf der Tangente lie­ genden Lager als parallel zum Radius verlaufende und von der Tangente nach oben oder nach oben und unten gerichte­ te Pendelstützen ausgebildet sind.

Bei einseitiger Anbindung der Pendelstütze an der Karos­ serie soll eine Zug-Druck-Stütze zur Anwendung kommen, die durch Anschläge im Schwenkwinkel begrenzt ist.

Als Pendelstütze kann dabei ein vertikal verlaufender Stab aus faserverstärktem Kunststoff verwendet werden, der am oberen und unteren Ende an den Fahrzeugaufbau und mittig an dem Motor angelenkt ist.

Die Anlenkpunkte an den faserverstärkten Kunststoffstab können aus über Gummischichten anvulkanisierte Metallan­ schlüsse bestehen.

Schließlich ist es aber auch möglich, bei einer Motor-Ge­ triebeeinheit mit bereits fest vorgegebenen Lagerpunkten diese so umzugestalten, daß eine Lagerung weitgehend nach dem eingangs genannten Verfahren erfolgt. Wenn dabei drei vorgegebene Lagerpunkte, und zwar rückseitig am Motorende und einander gegenüberliegend am vorderen Getriebeende vorgesehen sind, so ist eine Umgestaltung erfindungsgemäß dadurch möglich, daß die beiden rückseitigen Lager als Gummilager ausgebildet sind und das vorderseitige Getrie­ belager als Pendelstütze gestaltet und derart angeordnet ist, daß ihre Zugrichtung angenähert senkrecht auf die Torque-Roll-Achse gerichtet ist.

Das Motorlager ist dabei zweckmäßigerweise als Radial­ buchse mit vertikalem Freiweg und das rückseitige Getrie­ belager als Keillager mit schräg zur Motorvertikalen ge­ neigten Mittelachse ausgebildet.

Die Pendelstütze selbst ist zweckmäßigerweise getriebe­ seitig an einem Schwenklager am Getriebe angelenkt und aufbauseitig auf einem Keillager abgestützt.

Zur Begrenzung des Schwenkwinkels beim Lastwechselschlag kann dabei vertikal unterhalb des Schwenklagers ein zu­ sätzlicher Anschlag angeordnet sein.

Für eine bessere Abstützung von Lastwechselschlägen kann ein Kompromiß dahingehend zweckmäßig sein, daß die Pen­ delstütze nicht genau senkrecht auf die Torque-Roll-Achse ausgerichtet ist. Bei einem Winkel kleiner als 90° der Pendelstütze auf die Torque-Roll-Achse muß aber die senk­ rechte Hebellänge des rückwärtigen Getriebelagers auf die Pendelstützenachse - bei Projektion in y-Richtung gese­ hen - stets größer sein als die projezierte Hebellänge auf die senkrecht zur Torque-Roll-Achse verlaufende Pen­ delstützenachse.

Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau und Funktionsweise von prinzipiellen Ausführungsbeispielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1 die Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit mit senkrecht zur Torque-Roll-Achse verlaufenden Richtung des statischen Momentes,

Fig. 2 die Lagerung einer Einheit mit angenähert pa­ rallelem Verlauf von Torque-Roll-Achse und sta­ tischem Moment mit einer zusätzlichen Drehmo­ mentstütze,

Fig. 3 eine Prinzipskizze der Lagerung nach Fig. 2 in Projektion der y-Achse,

Fig. 4A und B das Prinzip der Anlenkung der Drehmomentstütze unter unterschiedlicher Anfangssteifigkeit,

Fig. 5 die Lagerung einer Einheit entsprechend Fig. 4 mit einer senkrecht unterhalb der Einheit ange­ lenkten Pendelstütze,

Fig. 6 eine Lagerung nach Fig. 5 im Prinzip,

Fig. 7 eine entsprechende Lagerung mit konventionellem Lager,

Fig. 8 das Prinzip einer Lagerung auf einer Tangente zur Torque-Roll-Achse,

Fig. 9 das Prinzip einer gleichartigen Lagerung mit Pendelstützen,

Fig. 10 das Prinzip einer gleichartigen Lagerung mit einer Pendelstütze in Form einer Zug-Druck-Stütze mit Schwenkwinkelbegrenzung,

Fig. 11 eine Ausgestaltung einer solchen Pendelstützen­ lagerung an einer Motor-Getriebeeinheit,

Fig. 12 die Ausbildung einer Pendelstütze als Stab aus faserverstärktem Kunststoff,

Fig. 13 die Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit ent­ sprechend dem Prinzip nach Fig. 8,

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer Motor-Getrie­ beeinheit mit Optimierung der Lagerung bei vor­ gegebenen Lagerpunkten,

Fig. 15 eine Projektion der Lageranordnung nach Fig. 14 in y-Richtung, d. h. auf die Motorrückwand,

Fig. 16 die Projektion der Hebelarme der unteren Lager nach Fig. 15 bei einer senkrecht auf die Torque-Roll-Achse gerichteten Pendelstütze und

Fig. 17 die Verhältnisse entsprechend Fig. 16 bei einer von 90° abweichenden Richtung der Pendelstütze.

In Fig. 1 ist schematisch eine Motor-Getriebeeinheit 1 mit Motorblock 2 und direkt angeflanschtem Getriebe 3 dargestellt, durch die schräg geneigt die fiktive Torque-Roll-Achse 4 verläuft, d. h. die Achse, um die sich ein Motor im Leerlauf aufgrund der in ihm wirkenden Kräf­ te und Momente frei schwingen würde, wenn er nicht von außen gelagert und abgestützt ist. Praktisch im Winkel von 90° zur Torque-Roll-Achse 4 verläuft die Richtung 5 des statischen Momentes, d. h. die Richtung der Abtriebs­ wellen zu den angetriebenen Rädern. Das dargestellte Bei­ spiel stellt somit praktisch ein vorderradangetriebenes Fahrzeug mit längs eingebautem Motor dar, wobei zur leichteren Orientierung auf das Koordinatensystem nach Fig. 2 verwiesen wird, wonach die x-Richtung in Fahrzeug­ längsachse nach hinten zeigt, die y-Richtung quer zum Fahrzeug in Richtung der Vorderachse und die z-Richtung die vertikale Hochachse darstellt.

Die Motor-Getriebeeinheit 1 nach Fig. 1 ist nunmehr im Zuge der Torque-Roll-Achse 4 in zwei Lagern 6 und 7 gela­ gert, und zwar mit geringer Drehsteifigkeit um die Torque-Roll-Achse 4, damit Drehschwingungen des Motors um diese Achse möglichst wenig behindert werden, da dadurch Drehschwingungen des Motors akustisch optimal isoliert werden. Wesentlich dabei ist, daß eine Abstützung des statischen Momentes möglichst nicht zu einer Abstützung der Torque-Roll-Achse führt, d. h. es muß eine hohe Dreh­ steifigkeit um die Richtung des statischen Momentes ge­ währleistet sein, um Bewegungen des Motors zu begrenzen, während gleichzeitig der Motor eine geringe Drehsteifig­ keit um die Torque-Roll-Achse besitzen soll. Eine derar­ tige Entkopplung der Steifigkeiten ist ideal gegeben bei einer konstruktiven Gestaltung entsprechend Fig. 1, bei dem nämlich die Richtung 5 des statischen Momentes ange­ nähert im Winkel von 90° zur Torque-Roll-Achse 4 ver­ läuft, da hierbei Drehschwingungen um die Torque-Roll- Achse am wenigsten behindert werden.

Zur Abstützung zusätzlicher Trägheitskräfte, wie bei­ spielsweise Lastwechselschläge oder ein Hochdrehen des Motors, ist bei der Lagerung nach Fig. 1 lediglich noch ein seitliches Stützlager 8 erforderlich, das zweckmäßi­ gerweise eine entkoppelte Dämpfung 9 für große Amplituden aufweist. Mit dieser Dämpfung kann der Lastwechselschlag durch die Massenträgheit des Triebwerkes begrenzt werden.

Anders liegen die Verhältnisse bei einer Motor-Getriebe­ einheit 10 nach Fig. 2 mit Motorblock 11, Getriebeblock 12 und seitlich angeschlossenem Differential 13, durch das die Richtung 15 des statischen Momentes, d. h. die An­ triebswelle für die Vorderräder läuft. Hierbei verlaufen also die Torque-Roll-Achse 14 und die Richtung 15 des statischen Momentes nahezu parallel zueinander, wie das beispielsweise bei vorderradangetriebenen Fahrzeugen mit quer eingebautem Motor und bei hinterradangetriebenen Fahrzeugen mit längs eingebautem Motor der Fall ist.

Auch hierbei ist die Motor-Getriebeeinheit 10 im Zuge der Torque-Roll-Achse 14 in den beiden Lagern 16 und 17 abge­ stützt. Zur Entkopplung der Drehsteifigkeiten um die Richtung 15 des statischen Moments und um die Torque- Roll-Achse ist bei einer solchen Konzeption noch eine Drehmomentstütze in Form einer Pendelstütze 18 seitlich an der Motor-Getriebeeinheit 10 vorzusehen und zwar so, daß ihre Längsachse senkrecht auf die Torque-Roll-Achse 14 gerichtet ist.

In Fig. 3 ist eine schematische Projektion dieser Anord­ nung nach Fig. 2 in y-Richtung, d. h. praktisch auf die Rückwand des Motors, dargestellt und die jeweils erfor­ derlichen Federsteifigkeiten eingetragen. Wenn in den La­ gern 16 und 17 auf der Torque-Roll-Achse 14 die Lager­ steifigkeit zur rechten Seite größer ist als zur linken Seite und die Drehmomentstütze 18 als Pendelstütze ausge­ bildet ist, die nur Zug übertragen kann, so ergeben sich bei einer Anordnung der Pendelstütze 18 unter 90° auf die Torque-Roll-Achse 14 dennoch Helbelarme a und b, um ein statisches Moment aufzunehmen. Dabei stützt sich ein von außen eingeleitetes Moment aber nicht nur an dieser Dreh­ momentstütze ab, sondern ebenso ein entscheidender Anteil in den Lagern 16 und 17. Damit dreht sich der Motor unter statischer Last, also nicht nur um die Torque-Roll-Achse 14, sondern er macht vielmehr eine aus mehreren Drehungen überlagerte Bewegung.

Wählt man die Steifigkeiten der Lager, wie in der Projek­ tion nach Fig. 3 prinzipiell angegeben, so wird die Dreh­ momentstütze 18 rein auf Zug beansprucht, unabhängig in welcher Drehrichtung das statische Moment 15 wirkt.

Die Anordnung einer solchen Pendelstütze 18 senkrecht auf die Torque-Roll-Achse 14 bewirkt jedoch durch den Geome­ trieeinfluß eine gewisse Progression der Drehsteifigkei­ ten um die Torque-Roll-Achse, wie man aus Fig. 4A ersehen kann. Eine solche Anordnung weist eine Anfangssteifigkeit von ungefähr 0 auf, d. h. kleine Drehschwingungen um die Torque-Roll-Achse 14 sind zunächst ungehindert möglich. Erst bei größeren Drehschwingungen, die zu einer Längung der Pendelstütze 18 führen, ist eine progressive Erhöhung der Drehsteifigkeit um die Torque-Roll-Achse gegeben.

Bei der Prinzipskizze nach Fig. 4B sind zwei im Winkel zueinander angeordnete Pendelstützen 19 und 20 vorgese­ hen, die ebenfalls nur Zugkräfte übertragen und eine ge­ wisse Dreh-Anfangssteifigkeit der Torque-Roll-Achse be­ dingen.

Eine weitere Anordnungsmöglichkeit einer Drehmomentstütze ist in dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 gezeigt. Hier­ bei ist ebenfalls die Motor-Getriebeeinheit 10 im Zuge der Torque-Roll-Achse 14 in den Lagern 16 und 17 abge­ stützt, wobei die Richtung 15 des statischen Momentes ebenfalls angenähert parallel zur Torque-Roll-Achse ver­ läuft. Die Drehmomentstütze ist hier als Pendelstütze 21 ausgeführt, die aufbauseitig in einem progressiven Gummi­ lager 22 und motorseitig über eine Gummibuchse 23 über einen vertikalen Hebelarm 24 an der Motor-Getriebeeinheit 10 unter der Torque-Roll-Achse befestigt ist. Wesentlich für eine gute akustische Isolation, insbesondere im Leer­ lauf, ist nämlich die Bedingung, daß der Freiweg des auf­ bauseitigen Lagers der Drehmomentstütze auch bei größeren Momenten erhalten bleibt, um damit eine geringe Drehstei­ figkeit der Torque-Roll-Achse zu ermöglichen. Ein Setzen der Traglager 16 und 17 führt nicht zu einer wesentlichen Verringerung des Freiweges der Drehmomentstütze, so daß damit eine gute akustische Isolation bei Leerlauf des Mo­ tors gewährleistet ist.

Prinzipiell ist diese Anordnung nochmals in Fig. 6 darge­ stellt, wo deutlich zu ersehen ist, daß die Pendelstütze 21 über eine Gummibuchse 23 unterhalb der Motor-Getriebe­ einheit 10 angeordnet ist und ein Setzen der Traglager, d. h. eine Absenkung der Motor-Getriebeeinheit 10, nur zu einer unwesentlichen Verringerung des Freiweges im Lager 22 führt.

Eine einfachere Gestaltung ist in Fig. 7 gezeigt, bei dem die horizontale Stütze 21 mit einem vertikalen Ansatz 24 in einer Halterung mit horizontaler Steifigkeit 25 ge­ führt ist. Hierbei erfolgt also auch eine Abstützung nur in x-Richtung, ohne daß Probleme durch ein Setzen der Traglager auftritt, die sich aber wesentlich kostengün­ stiger gestaltet.

Da bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen nach Fig. 2, 5 und 6 die verwendeten Pendelstützen und die nach Fig. 7 verwendete Stütze auftretende Momente nicht allein aufnehmen können, müssen die Traglager 16 und 17 als Drehmomentstützen mitwirken, wobei deren Steifigkeit und auch deren projezierte Hebelarme (entsprechend Fig. 3) im wesentlichen die Bewegungen des Motors unter Last bestim­ men. Ein Abstützen unter statischer Last, d. h. dem Be­ triebsmoment, führt somit jedoch zu einer Erhöhung der Drehsteifigkeit um die Torque-Roll-Achse und damit zu einer geringfügig schlechteren Schwingungsisolation bei Betrieb unter Last, wie z. B. bei Beschleunigungen oder Bergfahrt, was jedoch prinzipiell durch die geringe Win­ kelabweichung zwischen Torque-Roll-Achse und Richtung des statischen Momentes gegeben ist.

Daher ist durch konstruktive Gestaltungen des Motors ein möglichst großer Winkel zwischen Torque-Roll-Achse und Richtung des statischen Momentes anzustreben, die im gün­ stigsten Fall - wie eingangs ausgeführt - 90° beträgt, um eine optimale Abkopplung der Drehsteifigkeiten von Richtung des statischen Momentes und Torque-Roll-Achse zu erreichen. Bei einem kleinen Winkel führt ein statisches Moment dagegen unweigerlich auch zu einer sich an einem anderen Lagerpunkt abstützenden Drehung um die Torque- Roll-Achse, so daß sich dadurch deren Drehsteifigkeit er­ höht.

Ein anderes Lagerungsprinzip zur drehweichen Abstützung der Torque-Roll-Achse ist prinzipiell in Fig. 8 darge­ stellt. Die Figur zeigt einen ebenen Schnitt durch die Motor-Getriebeeinheit, wobei diese Ebene senkrecht auf der Torque-Roll-Achse A verläuft. Damit stellt die Strecke A-B praktisch einen Radius auf die Torque- Roll-Achse und die vom Punkt B ausgehenden Streckenab­ schnitte von der Länge b praktisch eine Tangente zur Torque-Roll-Achse A im Abstand a dar, die in den beiden Lagern 31 und 32 enden. Diese Gummilager 31 und 32 müs­ sen, wie später noch erläutert wird, tangential eine ge­ ringe Federsteifigkeit, radial aber eine hohe Federstei­ figkeit aufweisen.

Eine Drehung um die Torque-Roll-Achse A führt abhängig von den Längen a und b bei kleinen Winkeln hauptsächlich zu einer tangentialen Auslenkung der Gummilager 31 und 32. Ein von außen eingeleitetes Moment, das im wesent­ lichen eine Drehung um den Punkt B bewirkt, belastet da­ gegen die Gummilager 31 und 32 in radialer Richtung, wo­ bei diese Belastungsrichtung wegen der hohen radialen Steifigkeit dieser Lager nur zu geringen Auslenkungen führt. Eine Drehung um die Torque-Roll-Achse wird somit bei einem statischen Moment nicht wesentlich behindert, so daß auch hier eine Entkopplung von Drehschwingungen um die Achse des statischen Momentes sowie um die Torque- Roll-Achse gegeben ist.

Bei dieser Anordnung nutzt man die Tatsache aus, daß die Schwingungen um die Torque-Roll-Achse, die geometrisch festgelegt ist, durch die tangentiale Weichheit der Lager nur zu kleinen eingeleiteten Kräften führt, da eine Ab­ stützung dieses Schwingmomentes nicht notwendig ist, an­ dererseits aber ein statisches Moment zu einer radialen Belastung der Lager führt.

Die Richtungen der Kräfte in den Gummilagern, die einer­ seits durch statische, von außen eingeleitete Momente be­ dingt sind und der Wege unter Auslenkungen bei Schwingun­ gen um die Torque-Roll-Achse sind in den Gummilagern 31 und 32 um 90° versetzt. Dies gilt umsomehr, je größer das Längenverhältnis a zu b ist. b darf dabei aber nicht zu klein werden, weil dies den Hebelarm für die Abstützung des statischen Momentes darstellt.

Ein ähnliches Prinzipbild ist in Fig. 9 dargestellt. Hierbei sind jedoch die beiden Gummilager 31 und 32 aus Fig. 8 durch 4 Pendelstützen 33 und 34 bzw. 35 und 36 er­ setzt, die im Grunde dieselbe Aufgabe einer Weichheit in tangentialer Richtung und einer hohen Steifigkeit in ver­ tikaler Richtung beinhalten.

Gemäß der Prinzipdarstellung nach Fig. 10 ist es aber auch möglich, die vier Pendelstützen nach Fig. 9 durch zwei Pendelstützen in Form von Zug-Druck-Stützen 60 und 61 zu ersetzen, die dann Zug- und Druckkräfte übertragen müssen. Dabei müssen die Schwenkwinkel durch entsprechen­ de Anschläge 62 und 63 begrenzt werden.

Die prinzipielle Möglichkeit einer Anwendung des Prinzips aus Fig. 9 ist in Fig. 11 dargestellt anhand eines verti­ kalen Schnittes durch eine Motor-Getriebeeinheit 10. Hierbei sei der Motor an einer Stelle, die den zu Fig. 8 ausgeführten Bedingungen entspricht, über seitliche An­ lenkpunkte 37 und 38 an die vier Pendelstützen 33 und 34 bzw. 35 und 36 angeschlossen.

Zusätzlich ist dabei noch ein drittes Lager 39 unmittel­ bar im Zuge der Torque-Roll-Achse A erforderlich, um den Motor stabil zu lagern, ohne daß dieses Lager aber zu einer Beeinflussung des vorstehend genannten Funktions­ prinzipes der Lagerung des Motors in einer Tangente zur Torque-Roll-Achse führt.

Eine derartige Pendelstütze 33 kann dabei entsprechend der perspektivischen Ansicht nach Fig. 12 aus einem Stab 40 aus faserverstärktem Kunststoff bestehen, an den oben und unten über Gummischichten 41 und 42 Metallanschlüsse 43 und 44 zur Anbindung an die Fahrzeugkarosserie und mittig ebenfalls über Gummischichten 45 anvulkanisierte Metallteile 46 zur Anbindung und Abstützung des Motors an den Lagerstellen 37 bzw. 38 aus Fig. 11 vorgesehen sind. Ein solcher Stab weist eine hohe Steifigkeit in seiner vertikalen Achsrichtung und ein geringere Steifigkeit quer dazu auf, so daß damit die Funktion jeweils zweier Pendelstützen 33 und 34 bzw. 35 und 36 übernommen werden kann.

Eine optimale Lagerung nach dem zu Fig. 8 beschriebenen Prinzip ist in Fig. 13 dargestellt. Es handelt sich hier­ bei ebenfalls um eine Motor-Getriebeeinheit 10 mit einer Torque-Roll-Achse 14, zu der die Richtung 15 des stati­ schen Momentes nur eine geringe Winkelabweichung auf­ weist. Danach sind auch hier vom Punkt A auf der Torque- Roll-Achse 14 ausgehend im Radiusabstand a im Punkt B auf einer Tangente an diesen Radius jeweils im Abstand b die Gummilager 31 und 32 mit geringer Tangentialsteifigkeit und hoher Radialsteifigkeit angeordnet. Das angestrebte Prinzip, daß die Strecke a länger als jeder Hebelarm b ist, läßt sich auch hier gut verwirklichen, da auf der rechten Motorseite im Bereich des Punktes A die Torque- Roll-Achse hoch liegt.

Zusätzlich ist auch hier ein weiteres Gummilager 50 auf der Torque-Roll-Achse 14 vorgesehen. Dieses linke Gummi­ lager 50 liegt in seiner Projektion in Richtung des sta­ tischen Momentes 15 auf dem Mittelpunkt B der Verbin­ dungslinie vom vorderen Motorlager 31 zum hinteren Motor­ lager 32. Durch diese Anordnung wird erreicht, daß das linke Motorlager 50 keine Abstützung des von außen einge­ leiteten Momentes übernimmt, da es in der Projektion auf der Mitte des maximalen Hebelarmes liegt. Es bildet somit einen zweiten Drehpunkt, um den die Motor-Getriebeeinheit bei von außen eingeleiteten Momenten schwenkt. Gleichzei­ tig dient das Lager 50 zur Aufnahme anteiliger statischer Lasten und Trägheitskräften, z. B. bei Kurvenfahrten, Bremsungen oder ähnlichem. Durch seine Lage auf der Torque-Roll-Achse selbst führt dieses Lager 50 allein nicht zu einer Erhöhung der Drehsteifigkeit der Torque- Roll-Achse unter Last.

Durch die Projektionslage auf die Mitte des maximalen He­ belarmes wird ferner erreicht, daß kein Hebelarm zwischen diesem Lager 50 und der tangentialen Richtung der anderen Lager 31 und 32 vorhanden ist, so daß ein eingeleitetes Moment nur durch die Radialsteifigkeit der beiden Lager 31 und 32 aufgenommen wird.

Steifigkeit und Steifigkeitsverhältnisse dieses Gummila­ gers 50 auf der Torque-Roll-Achse 14 sind ralativ frei wählbar, ohne daß dadurch die Funktion des Lagerungsprin­ zips wesentlich beeinflußt würde. Auch eine Verschlechte­ rung der akustischen Isolation durch ein Setzen dieses Lagers ist nicht zu befürchten.

Durch die Tatsache, daß nur ein Lagerpunkt auf der Torque-Roll-Achse liegt und die beiden anderen nur eine spezielle geometrische Beziehung zu dieser Achse haben müssen, ist es damit gegebenenfalls auch möglich, ohne Änderung der Lagerpunkte verschiedene Triebwerke in ein und demselben Fahrzeugkörper einzusetzen, da die Lage­ rungsfehler, die dann durch eine Verschiebung der Torque- Roll-Achse auftreten, relativ geringfügig sind.

Das beschriebene Grundprinzip einer weitgehenden Entkopp­ lung der Drehsteifigkeiten von Torque-Roll-Achse und Richtung des statischen Momentes ist aber auch bei Motor- Getriebeeinheiten möglich, die bereits fest vorgegebene Lagerpunkte aufweisen und bei denen eine vorhandene Lage­ rung optimiert werden soll. Als Beispiel sei in Fig. 14 wieder eine Motor-Getriebeeinheit 10 mit ihrer Torque- Roll-Achse 14 und der Richtung 15 des statischen Momentes dargestellt, die nahezu parallel zueinander verlaufen. Diese Motor-Getriebeeinheit 10 ist nunmehr in drei Lager­ punkten gelagert, und zwar rückseitig am oberen Motorende in dem Lager 51 und am vorderen Getriebeende in dem rück­ seitigen Lager 52 und vorderseitig in einem Lager 53 in Form einer Pendelstütze, die senkrecht auf die Torque- Roll-Achse 14 ausgerichtet ist.

In der Projektion in y-Richtung nach Fig. 15 sind nähere Einzelheiten dargestellt, wonach das motorseitige Lager 51 als Radialbuchse mit vertikalem Freiweg und das rück­ seitige Getriebelager 52 als schräg eingebautes Keillager ausgebildet sind.

Die Pendelstütze 53 ist getriebeseitig in einem Schwenk­ lager 54 am Getriebe angelenkt und aufbauseitig in einem Keillager 55 abgestützt. Durch die Anordnung der Pendel­ stütze 53 senkrecht zur Torque-Roll-Achse 14 kann diese Pendelstütze somit keine Kräfte in die Karosserie einlei­ ten, die durch Schwingungen um die Torque-Roll-Achse ent­ stehen, so daß damit eine ralativ drehweiche Abstützung der Torque-Roll-Achse 14 und damit eine gute akustische Isolierung gewährleistet ist.

Um aber zu große Motorauslenkungen zu begrenzen, wie sie insbesondere bei einem Lastwechselschlag auftreten, sind unterhalb des Schwenklagers 54 ein Anschlag 56 und ober­ halb ein Anschlag 57 vorgesehen. Diese Schwenkung dient dabei nicht zur Aufnahme von Fahrmomenten, sondern wird nur durch schnelle Momentänderungen erreicht, z. B. wenn das Triebwerk schlagartig beschleunigt wird, da dann Mas­ senkräfte um die Hauptträgheitsachse auftreten, die zu einer momentanen Schwenkung der Pendelstütze 53 führen.

Optimale Verhältnisse für die akustische Isolierung bei einer Lagerung entsprechend Fig. 15 ergeben sich bei einer prinzipiellen Anordnung, wie sie in Fig. 16 darge­ stellt ist, d. h. bei dem die Achse der Pendelstütze 53 senkrecht auf die Torque-Roll-Achse 14 gerichtet ist. Der projezierte Hebelarm des Lagers 52 zur Aufnahme auftre­ tender Momente hat dann die Länge x₁. Für einen mög­ licherweise erforderlichen Kompromiß zur Verbesserung der Aufnahme des Lastwechselschlages kann dieser Winkel zur Torque-Roll-Achse auch etwas von 90° abweichen, wie das in der Projektion nach Fig. 17 dargestellt ist. Wenn die­ ser Winkel von Pendelachse 53 zu Torque-Roll-Achse 14 kleiner als 90° ist, ergeben sich die dargestellen Ver­ hältnisse mit einem projizierten Hebelarm x₂ vom Lager 52. Wesentliche Voraussetzung für eine optimale Gestal­ tung ist dabei jedoch, daß bei einer Winkelabweichung der projizierte Hebelarm x₂ stets größer sein muß als der Hebelarm x₁ bei einer senkrecht zur Torque-Roll-Achse verlaufenden Anordnung.

Mit dem beschriebenen Grundprinzip einer Motorlagerung in Bezug auf die Torque-Roll-Achse und die Richtung des sta­ tischen Momentes sowie einer anzustrebenden möglichst ho­ hen Entkopplung beider Drehsteifigkeiten mit dem Ziel, eine geringe Drehsteifigkeit um die Torque-Roll-Achse und eine hohe Drehsteifigkeit um die Achse des statischen Mo­ mentes zu erhalten, läßt sich eine Lagerung mit optimaler Schwingungsisolation erreichen. Dabei ist sicher eine so extreme Trennung der Aufgaben nicht immer zu erfüllen, da an Motorlager noch zusätzliche Aufgaben gestellt werden, wie z. B. die Aufnahme von Trägheitskräften beim Abbremsen oder Beschleunigen. Jedoch ergibt sich insgesamt eine er­ hebliche Verbesserung gegen bisher üblichen Lagerungen.

Claims (26)

1. Verfahren zur schwingungsisolierenden Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit in einem Kraftfahrzeug, die eine definierte Torque-Roll-Achse aufweist, gekennzeich­ net durch eine Lagerung unter Entkopplung der Drehstei­ figkeiten um die Torque-Roll-Achse und um die Richtung des statischen Momentes derart, daß eine geringe Dreh­ steifigkeit um die Torque-Roll-Achse und eine hohe Dreh­ steifigkeit um die Richtung des statischen Momentes er­ halten wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Motor-Getriebeeinheit in zwei Punkten der Torque-Roll-Achse gelagert und eine zusätzliche Momenten­ abstützung vorgesehen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Motor-Getriebeeinheit in einem Punkt der Torque-Roll-Achse direkt und in zwei weiteren Punkten in einer Tangente zu einem auf die Torque-Roll-Achse gerich­ teten Radius abgestützt wird derart, daß in Richtung der Tangente eine geringe Federsteifigkeit und in Richtung quer zur Tangente eine hohe Federsteifigkeit vorliegt.

4. Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit unter An­ wendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei angenähert senkrecht aufeinander stehendem Verlauf von Torque-Roll-Achse (4) und Rich­ tung (5) des statischen Momentes die Motor-Getriebeein­ heit (1) in zwei elastischen Lagern (6, 7) im Verlauf der Torque-Roll-Achse (4) gelagert ist und seitlich an der Motor-Getriebeeinheit (1) eine Zusatzstütze (8) zur Ab­ stützung auftretender Kräfte angelenkt ist.

5. Lagerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zusatzstütze (8) eine Dämpfung (9) für große Amplituden aufweist.

6. Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit unter An­ wendung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei angenähert parallelem Verlauf von Torque-Roll-Achse (14) und Richtung (15) des statischen Momentes die Motor-Getriebeeinheit (10) in zwei elasti­ schen Lagern (16, 17) im Verlauf der Torque-Roll-Achse (14) gelagert und eine senkrecht dazu verlaufende Drehmo­ mentabstützung (18; 21) vorgesehen ist.

7. Lagerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Pendelstütze (18) vorgesehen ist, deren Längsachse senkrecht auf die Torque-Roll-Achse (14) ge­ richtet ist.

8. Lagerung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die Lagersteifigkeit der beiden Lager (16, 17) auf der Torque-Roll-Achse (14) so gewählt ist, daß sie zur Angriffsseite der Pendelstütze (18) hin größer als auf der abgewandten Seite ist.

9. Lagerung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich­ net, daß eine Pendelstütze (21) vorgesehen ist, deren mo­ torseitiger Anlenkungspunkt (23) senkrecht unter der Torque-Roll-Achse (14) liegt und deren aufbauseitige An­ lenkung in einem elastischen Lager (22) erfolgt.

10. Lagerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Pendelstützenlager (22) als progressiv wir­ kendes Gummilager ausgebildet ist.

11. Lagerung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß das Pendelstützenlager (24) in Zug- und Druck­ richtung für große Amplituden gedämpft ist.

12. Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit unter An­ wendung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei angenähert parallelem Verlauf von Torque-Roll-Achse (14) und Richtung (15) des statischen Momentes die Motor-Getriebeeinheit (10) in einem Punkt (39, 50) des getriebeseitigen Astes der Torque-Roll-Achse (14) und in zwei weiteren, im Bereich des Motorblockes liegenden Punkten (31, 32; 37, 38) gelagert ist, die auf einer Tangente an einem senkrecht unterhalb der Torque- Roll-Achse (14) verlaufenden Radius (a) mit gleichem seitlichen Abstand (b) von diesem liegen.

13. Lagerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß das getriebeseitige Lager (39, 50) so angeordnet ist, daß seine Projektion in Richtung des statischen Mo­ mentes auf die Verbindungslinie zwischen den motorblock­ seitigen Lagern (31, 32; 37, 38) fällt.

14. Lagerung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeich­ net, daß die Projektion die Mitte der Verbindungslinie trifft.

15. Lagerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Tangente (b) unterhalb des Schwerpunktes der Motor-Getriebeeinheit (10) verläuft.

16. Lagerung nach Anspruch 12 und 15, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Länge (a) des Radius größer ist als die Länge jedes Tangentenabschnittes (b) zwischen Radius­ endpunkt (B) und jeweiligem Lagerpunkt (31, 32).

17. Lagerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf der Tangente liegenden Lager (31, 32) als Gummilager mit in tangentialer Richtung geringerer Steifigkeit als in radialer Richtung ausgebildet sind.

18. Lagerung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die auf der Tangente liegenden Lager als pa­ rallel zum Radius verlaufende und von der Tangente nach oben oder nach oben und unten gerichtete Pendelstützen (33, 34; 35, 36; 60, 61) ausgebildet sind.

19. Lagerung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß die Pendelstützen (60, 61) Anschläge (62; 63) zur Begrenzung des Schwenkwinkels aufweisen.

20. Lagerung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeich­ net, daß als Pendelstütze ein vertikal verlaufender Stab (40) aus faserverstärktem Kunststoff verwendet ist, der am oberen und unteren Ende am Fahrzeugaufbau und mittig am Motor angelenkt ist.

21. Lagerung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeich­ net, daß die Anlenkpunkte an den Stab (40) aus über Gum­ mischichten (41, 42, 45) anvulkanisierte Metallanschlüsse (43, 44, 46) bestehen.

22. Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit unter An­ wendung des Verfahrens nach Anspruch 1 bei angenähert pa­ rallelem Verlauf von Torque-Roll-Achse und Richtung des statischen Momentes sowie vorgegebenen Lagerpunkten (51, 52, 53) rückseitig am Motorende und einandergegenüberlie­ gend am vorderen Getriebeende, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden rückseitigen Lager (51, 52) als Gummilager ausgebildet sind und das vorderseitige Getriebelager als Pendelstütze (53) gestaltet und derart angeordnet ist, daß ihre Zugrichtung angenähert senkrecht auf die Torque- Roll-Achse (14) gerichtet ist.

23. Lagerung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß das Motorlager (51) als Radialbuchse mit verti­ kalem Freiweg und das rückseitige Getriebelager als Keil­ lager (52) mit schräg zur Motorvertikalen geneigten Mit­ telachse ausgebildet ist.

24. Lagerung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeich­ net, daß die Pendelstütze (53) getriebeseitig in einem Schwenklager (54) am Getriebe angelenkt und aufbauseitig sich auf einem Keillager (55) abstützt.

25. Lagerung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeich­ net, daß vertikal unterhalb und oberhalb der Pendelstütze (53) ein zusätzlicher Anschlag (56, 57) zur Begrenzung des Schwenkwinkels beim Lastwechselschlag angeordnet ist.

26. Lagerung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeich­ net, daß bei einem Winkel kleiner als 90° der Pendel­ stütze (53) auf die Torque-Roll-Achse (14) die senkrechte Hebellänge (x₂) des rückseitigen Getriebelagers (52) auf die Pendelstützenachse (53) - bei Projektion in y- Richtung gesehen - stets größer ist als die projezierte Hebellänge (x₁) auf die senkrecht zur Torque-Roll-Achse (14) verlaufende Pendelstützenachse (53).