-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Hydrauliklager, das insbesondere
für Kraftfahrzeugmotor- und
Triebstranglageranwendungen angepasst ist und ein magnetorheologisches
(MR) Fluid umfasst, das gezwungen wird, durch einen ringförmigen Pfad zwischen
Lagerfluidkammern und unter dem Einfluss eines steuerbaren Magnetfeldes
zu strömen.
-
HINTERGRUND
-
Herkömmliche
Kraftfahrzeugtriebstranglager bestehen in vielen Variationen und
arbeiten allgemein derart, dass sie eine Motorvibrationsisolierung vorsehen
und dabei auch die Bewegung des Motors und von verbundenen Triebstrangkomponenten
bezüglich
des Fahrzeugrahmens oder der Körperstruktur
steuern. Bei vielen Anwendungen von Motor- und Triebstranglagern
ist erwünscht,
die Dämpfungscharakteristiken
des Lagers zu variieren, um eine selektive Isolierung von Vibrationen
mit bestimmten Frequenzen wie denjenigen Vibrationen vorzusehen,
die z. B. mit der Motordrehzahl in Verbindung stehen. Gleichzeitig
ist es nötig,
das Lager mit einer relativ hohen mechanischen Steifigkeit zu versehen,
um starke Auslenkungen des Triebstrangs bezüglich der Fahrzeugkörperstruktur
zu steuern.
-
Allerdings
sind die Raumeinschränkungen bei
vielen Anwendungen von hydraulischen Lagern derart, dass erforderlich
ist, dass das Lager einen Mechanismus umfasst, der hochfrequente
Vibrationen mit relativ niedrige Auslenkung isolieren und auch die
oben erwähnten
starken Auslenkungsbewegungen des Motors und/oder verwandter Triebstrangkompo nenten
bezüglich
des Fahrzeugkörpers
dämpfen
wird. In dieser Hinsicht sind hydraulische Motorlager mit ringförmigen Fluidströmungspfaden
zwischen einer Pumpkammer und einem Reservoir entwickelt worden,
die eine in etwa kreisförmige
oder ringförmige Öffnungsbahn
umfassen können.
Solche Lager sind auch wünschenswerterweise mit
einem flexiblen elastomeren Entkopplungselement versehen, das dazu
dient, das Lager dazu zu bringen, hochfrequente Vibrationen mit
relativ niedriger Auslenkung zu isolieren, die z. B. mit unausgeglichenen
Motorträgheits-
oder Schüttelkräften in
Zusammenhang stehen.
-
Obwohl
magnetorheologische (MR) fluidbasierte Vibrationsdämpfer entwickelt
worden sind, besteht immer noch Bedarf daran, die Leistung solcher Dämpfer zu
verbessern und einen MR-basierten Fluiddämpfer oder ein Lager vorzusehen,
das in der Lage ist, Vibrationen mit mannigfaltigen Frequenzen zu
isolieren oder zu dämpfen,
um die Fahrcharakteristiken des Fahrzeugs zu optimieren. Erwünscht ist, diese
Merkmale in einem Lager als einem abgestimmten Massendämpfer für die Fahrzeugkörperstruktur
vorzusehen, das nicht relativ viel Platz im Fahrzeug benötigt und
herkömmliche
Lager ersetzen kann, ohne dass weitere Entwurfsänderungen beim Fahrzeugmotor
durchgeführt
werden müssen.
Dazu ist die vorliegende Erfindung entwickelt worden.
-
MR-Lager
aus dem Stand der Technik sind in der
FR-A-2634530 , der
US-A-61581470 und der
US-A-4721292 beispielhaft
dargestellt.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung sieht ein verbessertes Hydrauliklager vor,
das insbesondere für
Kraftfahrzeugtriebstranganwendungen geeignet ist und ein magnetorheologisches
(MR) Fluid verwendet, um die Dämpfungs-
oder Vibrationsisolierungscharakteristiken des Lagers zu steuern.
-
Erfindungsgemäß ist ein
Hydrauliklager vorgesehen, das ein Hydrauliklager zum Tragen einer Komponente
eines Kraftfahrzeugs umfasst, wobei das Lager umfasst:
ein
elastomeres Körperelement;
ein
Basiselement;
eine Abteilung, die zwischen dem Körperelement
und dem Basiselement angeordnet ist;
eine Fluidpumpkammer zwischen
dem Körperelement
und der Abteilung;
ein Reservoir zwischen dem Basiselement
und der Abteilung;
ein Durchgangsmittel, das in der Abteilung
ausgebildet ist und ein Hydraulikfluid zwischen der Pumpkammer und
dem Reservoir kommuniziert, wobei das Hydraulikfluid auf ein Magnetfeld
anspricht, um seine Schereigenschaften zu ändern; und
eine elektromagnetische
Wicklung, die von der Abteilung getragen ist und dazu dient, ein
Magnetfeld zu erzeugen, das das Durchgangsmittel schneidet, um die
Schereigenschaften des Hydraulikfluids selektiv zu ändern und
eine Fluidströmung
zwischen der Pumpkammer und dem Reservoir zu steuern und damit die
Dämpfungscharakteristiken
des Lagers zu ändern;
dadurch
gekennzeichnet, dass ein Entkopplungsmittel vorgesehen ist, das
von der Abteilung getragen ist und in Fluidverbindung mit wenigstens
der Pumpkammer oder dem Reservoir steht, wobei das Entkopplungsmittel
relativ zu der Abteilung verstellbar ist, um eine hochfrequente
Vibration mit relativ niedriger Auslenkung in dem Fluid zu isolieren;
und dass die Wicklung zwischen dem Durchgangsmittel und dem Entkopplungsmittel
angeordnet ist.
-
Das
Hydrauliklager der vorliegenden Erfindung nimmt die obengenannten
Merkmale in einer relativ kompakten Struktur auf, die keinen zusätzli chen
Raum benötigt
oder die Dimensionsbeziehungen von Motor- und Triebstranglagern
und der Struktur verändert,
welche die Lager z. B. bei vielen Kraftfahrzeuganwendungen trägt und davon
getragen wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 ist
eine zentrale Längsschnittansicht eines
Hydrauliklagers allgemein von der Linie 1-1 von 2 aus;
-
2 ist
eine detaillierte Draufsicht allgemein von der Linie 2-2 von 1 aus;
und
-
3 ist
eine zentrale Längsschnittansicht einer
Ausführungsform
eines Hydrauliklagers nach der Erfindung.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
In
der folgenden Beschreibung sind gleiche Teile in der gesamten Beschreibung
und den Zeichnungen jeweils mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.
Die Zeichnungsfiguren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu,
und manche Merkmale können
im Interesse von Klarheit und Prägnanz
in schematischer oder etwas verallgemeinerter Form gezeigt sein.
-
Das
in 1 und 2 gezeigte Lager ist nicht Teil
der beanspruchten Erfindung, wird aber beschrieben, um das Verständnis der
in 3 gezeigten Ausführungsform zu unterstützen.
-
Unter
Bezug auf 1 und 2 ist ein
Hydrauliklager veranschaulicht und allgemein mit der Ziffer 10 bezeichnet.
Das Hydrauliklager 10 umfasst ein allgemein kegelstumpfförmiges elastomeres
Körperelement 12 mit
einem ringförmigen,
dünnen
Metallverstärkungselement 14,
das in dem Elastomer des Körperelements 12 eingekapselt
ist. Das Körperelement 12 ist
auch an ein allgemein zylindrisches Tragelement 16 für ein aufrechtes,
gewindetes ständerartiges
Befestigungselement 18 geformt. Das Tragelement 16 umfasst
abnehmbare Fluidfüll-
und -entlüftungsstopfen 20a und 20b zum
Füllen
einer inneren Pumpkammer 22 mit einem geeigneten magnetorheologischen
(MR) Hydraulikfluid.
-
Das
Hydrauliklager 10 umfasst ferner ein Abteilungselement 24,
das eine Öffnungsplattenanordnung
mit einer oberen Öffnungsplatte 26 und
einer unteren Öffnungsplatte 28 aufweist,
die geeignet im Aufbau miteinander durch mehrere gewindete Befestigungsmittel 29 gesichert
sein können,
von denen in 2 zwei gezeigt sind. Weiterhin
umfasst das Hydrauliklager 10 ein etwas zylindrisches,
becherförmiges
Metallbasiselement 20 mit einem umfangsmäßig radial
nach außen
vorstehenden Flansch 32, der mit der unteren Öffnungsplatte 28 in
Eingriff gelangen kann. Ein zweites gewindetes Ständerbefestigungselement 34 ist
geeignet an dem Basiselement 30 gesichert und koaxial mit
dem Befestigungselement 18 ausgerichtet. Eine flexible
Elastomermembran 36 ist zwischen dem Basiselement 30 und
der Abteilung 24 angeordnet und geeignet durch den Flansch 32 an die Öffnungsplatte 28 geklemmt.
Die Membran 36 definiert zusammen mit der Abteilung 24 ein
Fluidreservoir. Das Basiselement 30 wird bevorzugt im Aufbau
mit dem Körperelement 12 und
der Abteilung 24 durch einen geeigneten ringförmigen Klemmaufbau gehalten,
der gegenüberliegende
Klemmringe 38 und 39 umfasst, wie dies in 1 gezeigt
ist. Eine O-Ring-Dichtung 40 wird an der oberen Öffnungsplatte 26 gehalten,
um eine fluiddichte Dichtung mit dem Körper 12 zu bilden.
-
Wie
in 1 gezeigt, umfassen die Öffnungsplatten 26 und 28 gegenüberliegende
allgemein kreisförmige,
seichte Ausnehmungen, die durch Wände 42 und 44 abgegrenzt
sind, zwischen denen ein zylindrisches, elastomeres, scheibenförmiges Entkopplungselement 46 angeordnet
ist. Das Entkopplungselement 46 umfasst einen kreisförmigen Umfangsrand 46a,
der geeignet zwischen die Öffnungsplatten 26 und 28 geklemmt
ist, um eine fluiddichte Dichtung zu bilden und zu verhindern, dass MR-Hydraulikfluid
in der Pumpkammer 22 und dem Reservoir 37 dazwischen
um den Umfang des Entkopplungselements strömt. Das Entkopplungselement 46 ist
jedoch durch eine Anordnung von Öffnungen
oder Durchlässen 49 Fluid
in der Pumpkammer 22 ausgesetzt, die in der Öffnungsplatte 26 ausgebildet
sind, vgl. auch 2. Das Entkopplungselement ist
auch dem MR-Fluid
in dem Reservoir 37 durch eine ähnliche Anordnung von Öffnungen
oder Durchlässen 50, 1,
ausgesetzt, die in der unteren Platte 28 ausgebildet sind.
Das Muster, die Anzahl und die Größe der Durchlässe 49 und 50 kann
variiert werden, und eine beispielhafte Anordnung ist in 1 und 2 gezeigt.
-
Die Öffnungsplatten 26 und 28 wirken
zusammen, um voneinander beabstandete, sich axial erstreckende Fluidübertragungsdurchgänge 52 vorzusehen,
wie sie in 1 und 2 gezeigt
sind; sie sind in den Zeichnungsfiguren als umfangsmäßig beabstandete
zylindrisches Löcher
zum Kommunizieren von MR-Hydraulikfluid zwischen der Pumpkammer 22 und
dem Reservoir 37 gezeigt. Die Anzahl von Arbeitsdurchgängen 52 kann
modifiziert werden, indem Befestigungsmittel 29 selektiv
darin eingeführt werden.
Alternativ können
die Durchgänge,
die Fluid zwischen der Pumpkammer 22 und dem Reservoir 37 kommunizieren,
mehrere umfangsmäßig beabstandete,
ringförmige
Segmentschlitze 53 aufweisen, wie dies in 2 gezeigt
ist. Auf alle Fälle
ist eine allgemein ringförmige,
sich axial erstreckende Durchgangsanordnung vorgesehen, um das MR-Hydraulikfluid
direkt zwischen der Kammer 22 und dem Reservoir zu kommunizieren.
-
Wieder
unter Bezug auf 1 ist eine geeignete elektromagnetische
Wendel oder Wicklung 54 zwischen den Öffnungsplatten 26 und 28 angeordnet und
dazwischen eingeklemmt. Die Wicklung 54 ist radial außerhalb
der Durchgänge 52 oder 53 bezüglich der
zentralen Lagerachse 11 angeordnet. Die Wicklung 54 ist
auch bevorzugt in einer Hülse 56 aus nicht-magnetischem Material
wie plastischem oder rostfreiem Stahl angeordnet, die dazu dient,
die Wicklung gegen Fluidleckage dort hinein und zwischen die Platten 26 und 28 zu
isolieren. Die Wicklung 54 umfasst geeignete elektrische
Leiterdrähte 55 und 57,
die sich zu einer geeigneten Steuereinheit und einer elektrischen
Stromquelle erstrecken, die allgemein durch die Ziffer 58 bezeichnet
ist. Die Steuereinheit 58 kann Eingangssignale z. B. von
geeigneten, nicht gezeigten Vibrations- und Motordrehzahlsensoren
empfangen, und die Steuereinheit kann einen Mikroprozessor umfassen,
der geeignet programmiert ist, um die Wicklung 54 mit einem
ausgewählten
Energieeingangsbereich dahin zu erregen, um ein geeignetes Magnetfeld
mit vorbestimmter Stärke
zu erzeugen, das allgemein durch die Durchgänge 52 oder 53 verläuft. In
dieser Hinsicht können
die Öffnungsplatten 26 und 28 aus
einem geeigneten magnetischen Material ausgebildet sein, sodass
die durch die Wicklung erzeugten magnetischen Flusslinien durch
die Durchgänge 52 oder 53 in
einer Richtung allgemein senkrecht zu der axialen Ausdehnung der
Durchgänge
verlaufen, wobei diese Ausdehnung allgemein parallel zu der zentralen
Achse des Lagers 10 ist.
-
Die
Zusammensetzung eines geeigneten MR-Fluids zur Verwendung mit dem
Lager
1 und zum Füllen
der Pumpkammer
22 und des Reservoirs
37 kann beispielsweise
etwa 100 Gew.-Teile Eisenpulver, Partikelgröße bevorzugt unter 5 Mikron,
in einer Lösung
von 10 Gew.-Teilen eines öligen
dielektrischen Trägers
wie Weißöl, Transformatoröl oder geeignete
Diester enthalten. Die MR-Fluid-Zusammensetzung kann ferner zwei
Gew.-Teile Eisenoliat oder Eisennaphthanat als Dispergiermittel
und ein Gew.-Teil einer alkalischen Seife wie Lithiumstearat oder
Natriumstearat verdünnt
wie gewünscht
durch zusätzliche
Mengen an Trägern
umfassen, um ein Fluid vorzusehen, dessen suspendierten Partikel eine
permanente Komponente sind. Die Zusammensetzung des MR-Fluids kann
eine derjenigen sein, die in der
US-Patentschrift
2,661,596 (Winslow) oder der
US-Patentschrift 5,398,917 (Carlson
et al.) beschrieben sind.
-
Dementsprechend
kann mit einem MR-Hydraulikfluid des oben beschriebenen Typs, das
die Fluidkammern 22 und 37 sowie die Durchgänge 52 oder 53 des
Lagers 10 füllt,
die Fluidströmung
zwischen der Pumpkammer 22 und dem Reservoir 37 durch
die Stärke
eines Magnetfeldes gesteuert werden, das den Durchgängen 52 oder 53 auferlegt
wird, da ein solches Magnetfeld die zum Bewegen des MR-Fluids erforderliche
Scherspannung nach der Stärke
des Feldes erhöhen
wird. Auf diese Weise läßt sich
die dynamische Steifigkeit des Lagers 10 wie gewünscht wirksam
steuert. Indem ferner eine Anordnung einer Abteilung vorgesehen
wird, die durch gegenüberliegende Öffnungsplatten
gekennzeichnet ist, wie dies in Verbindung mit 1 und 2 gezeigt
und beschrieben ist, und indem auch das Lager 10 mit dem
Entkopplungselement 46 versehen wird, lassen sich die Leistungscharakteristiken des
Lagers weiter verbessern.
-
Insbesondere
relativ hochfrequente Vibrationen mit niedriger Auslenkung lassen
sich durch das Lager 10 geeignet isolieren, da das Entkopplungselement 46 vorgesehen
ist, das zwischen den Platten 26 und 28 angeordnet
ist und dem eine gewisse axiale Auslenkung entlang der Achse 11 in
Ansprechen auf Fluidkräfte
gewährt
wird, die als eine Folge eines Vibrationseingangs am Lager 10 mit
verschiedenen Geschwindigkeiten darauf wirken.
-
Dementsprechend
ist das Lager 10 derart konstruiert, dass es herkömmliche
Hydrauliklager ersetzen kann, da die zusätzliche Struktur des Lagers mit
der elektromagnetischen Wicklung 54 und der Anordnung der
Fluidübertragungsdurchgänge 52 und 53 keine
wesentliche Erhöhung
der physischen Größe des Lagers
ergibt. Ferner ist die Fähigkeit
des Lagers 10 verbessert, Vibrationen mit mehreren unterschiedlichen
Frequenzen zu dämpfen
oder zu isolieren, da die elektromagnetische Wicklung 54 und ein
MR-Fluid eines oben beschriebenen Typs vorgesehen sind, sodass die
dynamische Steifigkeit des Lagers über einen weiteren Bereich
variiert werden kann.
-
Unter
Bezug auf 3 ist eine Ausführungsform
eines Hydrauliklagers nach der Erfindung veranschaulicht und allgemein
mit der Zahl 110 bezeichnet. Das Lager 110 ist
auch durch einen in etwa kegelstumpfförmigen elastomeren Körper 112 gekennzeichnet,
der durch ein segmentiertes, ringförmiges, elastisch verformbares
Metallplattenverstärkungselement 114 verstärkt ist,
das in dem Elastomermaterial des Körperelements 112 eingekapselt
ist. Ein Element 116 zum Halten des Befestigungselements
ist an den elastomeren Körper 112 geformt
und trägt
ein aufrechtes, gewindetes Befestigungselement 118. Ein
Fluidfülldurchlass 120 ist
durch ein nietenartiges Verschlusselement 120a geschlossen.
Ein etwas umgekehrtes, becherförmiges
Sperrelement 121 wird an dem Körper 112 durch ein
Halteelement 121a getragen.
-
Das
Lager 110 umfasst eine allgemein zylindrische, planare
Abteilung 124, die durch das zylindrische, scheibenförmige Entkopplungselement 146 gekennzeichnet
ist. Das Entkopplungselement 146 wird zwischen den Öffnungsplatten 126 und 128 gehalten
und steht mit einer Fluidpumpkammer 122 und auch mit einem
Reservoir 137 durch jeweilige Anord nungen von Durchlässen 149 und 150 in
Verbindung, die in der Öffnungsplatte 126 bzw. 128 ausgebildet sind.
Das Entkopplungselement wird zwischen den Öffnungsplatten 126 und 128 zur
begrenzten Bewegung in einem relativ dünnen Hohlraum gehalten, der zwischen
den Öffnungsplatten
ausgebildet ist, allgemein auf die gleiche Weise, wie das Entkopplungselement 46 zwischen
den Öffnungsplatten 26 und 28 gehalten
wird.
-
Das
Hydrauliklager 100 ist ferner durch eine ringförmige Öffnungsbahn 151 gekennzeichnet,
die zwischen den Öffnungsplatten 126 und 128 ausgebildet
ist und in Verbindung mit der Pumpkammer 122 durch einen
Durchlass 127 und mit dem Reservoir 137 durch
einen Durchlass 129 steht. Die ringförmige Öffnungsbahn 151 läßt also
Fluid durch den Durchlass 127, durch den ringförmigen Durchgang,
der durch die Öffnungsbahn
in einem kreisförmigen
Pfad um die Achse 111 gebildet ist, und durch den Durchlass 129 in
den Reservoir 137 strömen.
In Ansprechen auf die Schwingbewegung des Körperelements 122 kann
das MR-Fluid in
der Pumpkammer 122 und dem Reservoir 137 durch
die Öffnungsbahn 151 vor und
zurück
strömen.
-
Zwischen
den Öffnungsplatten 126 und 128 ist
auch eine ringförmige
elektromagnetische Wendel oder Wicklung 154 angeordnet,
die ähnlich
der Wicklung 54, aber radial innerhalb der ringförmigen Öffnungsbahn 151 bezüglich der
zentralen Lagerachse 111 angeordnet ist. Die Wicklung 154 steht
durch geeignete Leiter 155 und 157 in elektrischer
Verbindung mit einer Steuereinheit 158 im wesentlichen
wie der Steuereinheit 58. Ein von der Wicklung 154 erzeugtes
Magnetfeld verläuft
allgemein quer durch den von der Öffnungsbahn 151 gebildeten
Durchgang, wenn die Wicklung von der Steuereinheit 158 mit
ausgewählten
Magnetfeldstärken
erregt wird. Demnach kann ein durch den Durchgang 151 strömendes Fluid einer Scherspannungsänderung
unterzogen werden, die darauf durch das oben erwähnte Magnetfeld auferlegt wird,
um dadurch die Vibrationsisolierungs- oder Dämpfungscharakteristiken des
Lagers 110 allgemein auf die gleiche Weise zu modifizieren,
wie die Auferlegung von Magnetfeldern auf die Durchgänge 52 oder 53 die
Leistung des Lagers 10 beeinflusst.
-
Demnach
kann das Lager 100 derart gesteuert werden, dass es im
wesentlichen auf die gleiche Weise wie das Lager 10 arbeitet,
aber eine andere Konfiguration der Abteilung zwischen der mit MR-Fluid
gefüllten
Pumpkammer 122 und dem Reservoir 137 des Lagers
und dem Strömungspfad
von Fluid zwischen dem Pumpkammer und dem Reservoir zeigt. Allerdings
genießt
das Lager 110 ebenfalls die Vorteile des elastomeren Entkopplers 146,
der mit wenigstens der Pumpkammer 122 oder dem Reservoir 137 des
Lagers in Verbindung steht. Die Öffnungsplatten 126 und 128 sind
auch bevorzugt aus einem geeigneten Magnetmaterial gebildet. Das
Lager 110 wird zusammengebaut, indem das Basiselement 130,
die Membran 136 und die Abteilung 124 an den Körper 112 geklemmt
werden, indem der nach innen gedrehte und einer geformten Umfangsschulter 130 gegenüberliegende
Umfangsflansch 138 des Körperelements 139 geformt
wird. Die Hydrauliklager 110 kann auf eine für Hydrauliklager
mit ähnlicher Konfiguration
allgemein bekannte Weise zusammengebaut, die aber kein MR-Fluid,
keine Wicklung 154 und nicht die spezifische Konfiguration
der Abteilung 124 umfassen, die für das Lager 110 vorgesehen sind.