DE4009995C3 - Verfahren zur schwingungsisolierenden Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit und Lagerung nach diesem Verfahren - Google Patents
Verfahren zur schwingungsisolierenden Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit und Lagerung nach diesem VerfahrenInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine
schwingungsisolierende Lagerung einer Motor-Ge
triebeeinheit für einen Verbrennungsmotor mit Kurbel
welle in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Üblicherweise wird ein Kraftfahrzeugmotor oder ei
ne Motor-Getriebeeinheit an drei Punkten gelagert,
wobei dieses Lager die statische Last des Motors auf
nehmen sowie auftretende Drehmomente abstützen
müssen und darüberhinaus noch eine Schwingungsiso
lierung bewirken sollen, um die Übertragung von Vibra
tionen und akustischen Schwingungen zu minimieren.
Zur Optimierung der Schwingungsisolation ist dabei
beispielsweise aus der DE 38 08 762 A1 bekannt, die
Traglager in Höhe des Schwerpunktes der Antriebsein
heit anzuordnen und oberhalb und unterhalb davon
nach beiden Seiten gerichtete Drehmomentstützen an
zubringen, womit eine getrennte Abstimmbarkeit ein
zelner Eigenschwingungsfrequenzen möglich sein soll.
Eine solche Lagerung bringt zwar erhebliche Vorteile,
insbesondere bezüglich einer geringeren Übertragung
des Leerlaufschüttelns, ohne jedoch insgesamt optimal
zu sein.
Eine ähnliche Lagerung ist aus der DE-OS 24 34 633
bekannt. Diese gilt allerdings nur für Drehkolbenmoto
ren, bei denen andere Schwingungsverhältnisse vorlie
gen und wobei nur die einzelnen Arten der auftretenden
Schwingungen entkoppelt werden sollen. Dabei ist die
Lagerung so angeordnet, daß bei Schwingungen um die
x-Achse nur zwei Lager belastet sind und keine Verti
kalschwingungen auftreten.
In der DE 33 40 152 A1 ist zwar eine Lagerung für
Kolbenmotoren beschrieben, bei der die Lagerung in
der Trägheitsachse liegt. Die zusätzlichen Drehmo
mentstützen geraten aber unter Vorlast und verhärten
dadurch in hohem Maße, so daß sich daraus ein schlech
tes akustisches Übertragungsverhalten ergibt.
Bei der Analyse von Motorbewegungen und Motor
schwingungen hat sich nämlich ergeben, daß es dafür im
wesentlichen zwei Hauptrichtungen bzw. Hauptachsen
gibt und zwar einmal die freie Leerlauf-Schwingungs
achse, d. h. die Achse, um die der Motor im Leerlauf
aufgrund der in ihm wirkenden Kräfte und Momente
frei schwingen würde, wenn er nicht von außen gelagert
und abgestützt wäre. Diese freie Leerlauf-Schwingungs
achse deckt sich dabei nicht mit einer der Hauptträg
heitsachsen der Motor-Getriebeeinheit, sondern liegt
abhängig von der Lage der Kurbelwelle etwas im Win
kel dazu versetzt und ändert ihre Lage auch geringfügig
entsprechend der jeweiligen Drehzahl. Andererseits ist
maßgebend die Richtung des statischen Momentes, d. h.
praktisch die Richtung der Abtriebswelle zu den ange
triebenen Rädern.
Grundsätzlich sind zwei konstruktive Konfiguratio
nen der Zuordnung der Leerlauf-Schwingungsachse zur
Richtung des statischen Momentes zu unterscheiden
und zwar einmal, daß die Leerlaufschwingungsachse
praktisch senkrecht zur Richtung des statischen Mo
mentes verläuft, was bei vorderradangetriebenen Fahr
zeugen mit längs eingebautem Motor oder bei hinter
radangetriebenen Fahrzeugen mit quer eingebautem
Motor vorliegt. Die andere Grundfiguration besteht
darin, daß die Leerlauf-Schwingungsachse angenähert
parallel zur Richtung des statischen Momentes verläuft,
was bei vorderradangetriebenen Fahrzeugen mit quer
eingebautem Motor oder bei hinterradangetriebenen
Fahrzeugen mit längs eingebautem Motor der Fall ist.
In den Vortragsunterlagen Bürger/Dödlbecher
"Einfluß der Motorlagerung auf das Schütteln
des Motors im Leerlauf" wird eine
Lagerung für eine quer eingebaute Motor-
Getriebeeinheit beschrieben. Hierbei sind
Hauptlager, die im wesentlichen die genannte sta
tische Last tragen, in der Leerlauf-Schwingungs
achse angeordnet. Zwei weitere Lager in der
Fahrzeugmitte sollen die notwendige Verdrehsteifig
keit um die Leerlauf-Schwingungsachse gewähr
leisten. Diese Verdrehsteifigkeit ist so bemessen,
daß die Rollbewegung um die Leerlauf-Schwin
gungsachsen im wesentlichen ungehindert erfolgen
kann.
Ausgehend hiervon
liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu
grunde, eine konkrete Lagerung
anzugeben, mit der eine derar
tige Motor-Getriebeeinheit optimal schwingungsiso
liert gelagert werden kann, ohne daß irgendwelche La
ger wesentlich verhärten, wobei insbesondere auch die
Übertragung des sich besonders bei Dieselmotoren un
angenehm bemerkbar machenden Leerlaufschüttelns
praktisch vollständig unterbunden werden soll.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Lagerung mit den
Merkmalen des Patentanspruches 1 vorgeschlagen.
Durch diese drehweiche Lagerung der Motor-Getrie
beeinheit um die Leerlauf-Schwingungsachse, d. h. wenn
Schwingungen des Motors um diese Achse möglichst
wenig behindert werden, ergibt sich damit eine optimale
Isolation. Durch die drehsteife Abstützung des stati
schen Momentes werden dagegen Bewegungen des
Motors begrenzt. Grundsätzlich ist dabei zu beachten,
daß eine Abstützung des statischen Momentes mög
lichst wenig auch zu einer Abstützung der Leerlauf-
Schwingungsachse führt, um damit die Drehschwingun
gen des Motors um diese Achse möglichst wenig zu
behindern.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unter
ansprüchen.
Vorteilhaft verläuft der seitliche Abstand (b) unterhalb des Schwerpunktes
der Motor-Getriebeeinheit.
Zweckmäßig ist es dabei, wenn die Länge a des Radi
us größer ist als die Länge jedes Tangentenabschnittes b
zwischen Radiusendpunkt B und dem jeweiligen Lager
punkt.
Dabei sollten die auf der Tangente liegenden Lager
als Gummilager mit in tangentialer Richtung geringerer
Steifigkeit als in radialer Richtung ausgebildet sein.
Es ist aber auch möglich, daß die auf der Tangente
liegenden Lager als parallel zum Radius verlaufende
und von der Tangente nach oben oder nach oben und
unten gerichtete Pendelstützen ausgebildet sind.
Diese Pendelstützen können dabei Anschläge zur Be
grenzung des Schwenkwinkels aufweisen.
Anhand einer schematischen Zeichnung sind Aufbau
und Funktionsweise von prinzipiellen Ausführungsbei
spielen nach der Erfindung näher erläutert. Dabei zei
gen:
Fig. 1 die Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit mit
angenähert gleichgerichtetem Verlauf der Leerlauf-Schwingungsachse
und Richtung des statischen Momentes,
Fig. 2 das Prinzip einer Lagerung auf einer Tangente
zur Leerlauf-Schwingungsachse,
Fig. 3 das Prinzip einer gleichartigen Lagerung mit
Pendelstützen,
Fig. 4 das Prinzip einer gleichartigen Lagerung mit
einer Pendelstütze in Form einer Zug-Druck-Stütze mit
Schwenkwinkelbegrenzung,
Fig. 5 eine Ausgestaltung einer solchen Pendelstüt
zenlagerung an einer Motor-Getriebeeinheit,
Fig. 6 die Ausbildung einer Pendelstütze als Stab aus
faserverstärktem Kunststoff.
Fig. 1 zeigt eine Lagerung für eine quer eingebaute
Motor-Getriebeeinheit 10 bei einem vorderradange
triebenen Fahrzeug.
Es handelt sich
hierbei um eine Motor-Getriebeeinheit 10 mit
einer Leerlauf-Schwingungsachse 14, zu der die Rich
tung 15 des statischen Momentes nur eine geringe Win
kelabweichung aufweist. Danach sind vom
Punkt A auf der Leerlauf-Schwingungsachse 14 ausge
hend 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 hier gut verwirklichen, da auf der rechten Motorsei
te im Bereich des Punktes A die Leerlauf-Schwingungs
achse sehr hoch liegt.
Zusätzlich ist ein weiteres Gummilager 50
auf der Leerlauf-Schwingungsachse 14 vorgesehen. Die
ses linke Gummilager 50 liegt in seiner Projektion in
Richtung des statischen Momentes 15 auf dem Mittel
punkt B der Verbindungslinie vom vorderen Motorla
ger 31 zum hinteren Motorlager 32. Durch diese Anord
nung wird erreicht, daß das linke Motorlager 50 keine
Abstützung des von außen eingeleiteten Momentes
übernimmt, da es in der Projektion auf der Mitte des
maximalen Hebelarmes liegt. Es bildet somit einen zwei
ten Drehpunkt, um den die Motor-Getriebeeinheit bei
von außen eingeleiteten Momenten schwenkt. Gleich
zeitig dient das Lager 50 zur Aufnahme anteiliger stati
scher Lasten und Trägheitskräfte, z. B. bei Kurvenfahr
ten, Bremsungen oder ähnlichem.
Durch seine Lage auf der Leerlauf-Schwingungsach
se selbst führt dieses Lager 50 allein nicht zu einer Erhö
hung der Drehsteifigkeit der Leerlauf-Schwingungsach
seunterlast.
Durch die Projektionslage auf die Mitte des maxima
len Hebelarmes wird ferner erreicht, daß kein Hebelarm
zwischen diesem Lager 50 und der tangentialen Rich
tung 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 Gum
milagers 50 auf der Leerlauf-Schwingungsachse 14 sind
relativ frei wählbar, ohne daß dadurch die Funktion des
Lagerungsprinzips wesentlich beeinflußt würde. Auch
eine Verschlechterung der akustischen Isolation durch
ein Setzen dieses Lagers ist nicht zu befürchten.
Durch die Tatsache, daß nur ein Lagerpunkt auf der
Leerlauf-Schwingungsachse liegt und die beiden ande
ren nur eine spezielle geometrische Beziehung zu dieser
Achse haben müssen, ist es damit ggf. auch möglich,
ohne Änderung der Lagerpunkte verschiedene Trieb
werke in ein- und denselben Fahrzeugkörper einzuset
zen, da die Lagerungsfehler, die dann durch eine Ver
schiebung der Leerlauf-Schwingungsachse auftreten,
relativ geringfügig sind.
Fig. 2 zeigt ein Prinzipbild der patentgemäßen
Lagerung.
Die Figur zeigt einen ebenen
Schnitt durch die Motor-Getriebeeinheit, wobei diese
Ebene senkrecht auf der Leerlauf-Schwingungsachse A
verläuft. Damit stellt die Strecke A-B praktisch einen
Radius auf die Leerlauf-Schwingungsachse und die vom
Punkt B ausgehenden Streckenabschnitte von der Län
ge b praktisch eine Tangente zur Leerlauf-Schwin
gungsachse A im Abstand a dar, die in den beiden La
gern 31 und 32 enden. Diese Gummilager 31 und 32
müssen, wie noch später erläutert wird, tangential eine
geringe Federsteifigkeit, radial aber eine hohe Feder
steifigkeit aufweisen.
Eine Drehung um die Leerlauf-Schwingungsachse A
führt abhängig von den Längen a und b bei kleinen
Winkeln hauptsächlich zu einer tangentialen Auslen
kung der Gummilager 31 und 32. Ein von außen einge
leitetes Moment, das im wesentlichen eine Drehung um
den Punkt B bewirkt, belastet dagegen die Gummilager
31 und 32 in radialer Richtung, wobei diese Belastungs
richtung wegen der hohen radialen Steifigkeit dieser
Lager nur zu geringen Auslenkungen führt. Eine Dre
hung um die Leerlauf-Schwingungsachse A wird somit
bei einem statischen Moment nicht wesentlich behin
dert, so daß auch hier eine Entkopplung von Dreh
schwingungen um die Achse des statischen Momentes
sowie um die Leerlauf-Schwingungsachse gegeben ist.
Bei dieser Anordnung nutzt man die Tatsache aus,
daß die Schwingungen um die Leerlauf-Schwingungs
achse, die geometrisch festgelegt ist, durch die tangen
tiale Weichheit der Lager nur zu kleinen eingeleiteten
Kräften führt, da eine Abstützung dieses Schwingmo
mentes nicht notwendig ist, andererseits aber ein stati
sches Moment zu einer radialen Belastung der Lager
führt.
Die Richtungen der Kräfte in den Gummilagern, die
einerseits durch statische, von außen eingeleitete Mo
mente bedingt sind und der Wege unter Auslenkungen
bei Schwingungen um die Leerlauf-Schwingungsachse,
sind in den Gummilagern 31 und 32 um 90° versetzt.
Dies gilt um so mehr, 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 Mo
mentes darstellt.
Ein ähnliches Prinzipbild ist in Fig. 3 dargestellt. Hier
bei sind jedoch die beiden Gummilager 31 und 32 aus
Fig. 2 durch vier Pendelstützen 33 und 34 bzw. 35 und 36
ersetzt, die im Grunde dieselbe Aufgabe einer Weich
heit in tangentialer Richtung und einer hohen Steifigkeit
in vertikaler Richtung beinhalten.
Gemäß der Prinzipdarstellung nach Fig. 5 ist es aber
auch möglich, die vier Pendelstützen nach Fig. 3 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 entsprechende Anschläge 62 und 63 begrenzt
werden.
Die prinzipielle Möglichkeit einer Anwendung des
Prinzips aus Fig. 3 ist in Fig. 4 dargestellt anhand eines
vertikalen Schnittes durch eine Motor-Getriebeeinheit
10. Hierbei sei der Motor an einer Stelle, die den zu
Fig. 2 ausgeführten Bedingungen entspricht, über seitli
che Anlenkpunkte 37 und 38 an die vier Pendelstützen
33 und 34 bzw. 35 und 36 angeschlossen.
Zusätzlich ist dabei noch ein drittes Lager 39 unmit
telbar im Zuge der Leerlauf-Schwingungsachse A erfor
derlich, um den Motor stabil zu lagern, ohne daß dieses
Lager aber zu einer Beeinflussung des vorstehend ge
nannten Funktionsprinzipes der Lagerung des Motors
in einer Tangente zur Leerlauf-Schwingungsachse führt.
Eine derartige Pendelstütze 33 kann dabei entspre
chend der perspektivischen Ansicht nach Fig. 6 aus ei
nem Stab 40 aus faserverstärktem Kunststoff bestehen,
an den oben und unten über Gummischichten 41 und 42
Metallanschlüsse 43 und 44 zur Anbindung an die Fahr
zeugkarosserie und mittig ebenfalls über Gummischich
ten 45 anvulkanisierte Metallteile 46 zur Anbindung und
Abstützung des Motors an den Lagerstellen 37 und 38
aus Fig. 5 vorgesehen sind. Ein solcher Stab weist eine
hohe Federsteifigkeit in seiner vertikalen Ausrichtung
und eine geringe Steifigkeit quer dazu auf, so daß damit
die Funktion jeweils zweier Pendelstützen 33 und 34
bzw. 35 und 36 übernommen werden kann.
Mit dem beschriebenen Grundprinzip einer Motorla
gerung in Bezug auf die Leerlauf-Schwingungsachse
und die Richtung des statischen Momentes sowie einer
anzustrebenden möglichst hohen Entkopplung bei den
Drehsteifigkeiten mit dem Ziel, eine geringe Drehstei
figkeit um die Leerlauf-Schwingungsachse und eine ho
he Drehsteifigkeit um die Achse des statischen Momen
tes zu erhalten, läßt sich eine Lagerung mit optimaler
Schwingungsisolation erreichen. Dabei ist sicher eine so
extreme Trennung der Aufgaben nicht immer zu erfül
len, da an Motorlager noch zusätzliche Aufgaben ge
stellt werden, wie z. B. die Aufnahme von Trägheitskräf
ten beim Abbremsen oder Beschleunigen. Jedoch ergibt
sich insgesamt eine erhebliche Verbesserung gegenüber
bisher üblichen Lagerungen.
Claims (6)
1. Schwingungsisolierende Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit in einem
Kraftfahrzeug, wobei der Motor als Verbrennungsmotor mit einer Kurbelwelle
ausgebildet ist und durch die Lagerung eine Entkopplung der
Drehsteifigkeiten um die freie Schwingungssachse (sog. Torque-Roll-Achse)
der Motor-Getriebe-Einheit im Leerlauf und um die Richtung des statischen
Moments in dem Sinne erreicht wird, daß eine geringe Drehsteifigkeit um die
freie Leerlauf-Schwingungsachse und eine hohe Drehsteifigkeit um die
Richtung des statischen Moments erhalten wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß bei angenähert gleichgerichtetem Verlauf der Leerlauf-
Schwingungsachse (14) und der Richtung des statischen Moments (15) die
Motor-Getriebeeinheit (10) in einem Punkt (39, 50) des getriebeseitigen Astes
der Leerlauf-Schwingungsachse (14) und in zwei weiteren, im Bereich des
Motorblocks liegenden Punkten (31, 32; 37, 38) gelagert ist, die auf einer
Tangente an einem senkrecht unterhalb der Leerlauf-Schwingungsachse (14)
verlaufenden Radius (a) mit gleichem seitlichen Abstand (b) von diesem
liegen.
2. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß der seitliche Abstand (b) unterhalb
des Schwerpunktes der Motor-Getriebeeinheit (10)
verläuft.
3. Lagerung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Länge des Radius (a) größer
ist als die Länge jedes seitlichen Abstands (b) zwi
schen Radiusendpunkt B und jeweiligem Lager
punkt (31, 32).
4. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die auf der Tangente liegenden Lager
(31, 32) als Gummilager mit in tangentialer Rich
tung geringerer Steifigkeit als in radialer Richtung
ausgebildet sind.
5. Lagerung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die auf der Tangente liegenden Lager
als parallel zum Radius verlaufende und von der
Tangente nach oben oder nach oben und unten
gerichtete Pendelstützen (33, 34; 35, 36; 60, 61) aus
gebildet sind.
6. Lagerung nach Anspruch 5, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Pendelstützen (60, 61) Anschläge
(62, 63) zur Begrenzung des Schwenkwinkels auf
weisen.
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DE4009995C3 true DE4009995C3 (de) | 1999-02-11 |
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DE4009995A Expired - Fee Related DE4009995C3 (de) | 1990-03-02 | 1990-03-28 | Verfahren zur schwingungsisolierenden Lagerung einer Motor-Getriebeeinheit und Lagerung nach diesem Verfahren |
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Free format text: FATEHPOUR, EDISON, 56075 KOBLENZ, DE KAISER, WERNER, 56412 RUPPACH-GOLDHAUSEN, DE |
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