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Die Erfindung betrifft ein Aggregatelager mit einem zumindest abschnittsweise aus einem Elastomer gebildeten Tragkörper zur Befestigung des Aggregats, der wenigstens eine Wand einer mit einem Arbeitsfluid gefüllten Arbeitskammer bildet, wobei ein Fluidkanal die Arbeitskammer mit einer Ausgleichskammer verbindet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Aggregatelagers.
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Aggregatelager werden beispielsweise in Kraftfahrzeugen verwendet, wo sie dämpfend auf Aggregate wirken, welche in Schwingung geraten sind. Aggregatelager können dazu über mit verschiedenen Fluiden befüllte Kammern verfügen, die jeweils Schwingungen in unterschiedlichen Frequenzbereichen dämpfen. Die Geometrie dieser Kammern und insbesondere die Geometrie von Kanälen, die die Kammern verbinden, sind dabei maßgeblich für das Dämpfungsverhalten des Lagers, da sie den Strömungswiderstand für das Fluid und dadurch das Ausmaß der Dämpfung bestimmen. Durch Einflussnahme auf die Kammergeometrie und/oder die Kanalgeometrie kann das Dämpfungsverhalten des Aggregatelagers angepasst werden.
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So zeigt die Druckschrift
DE 20 2012 000 387 U1 ein aktiv dämpfendes Hydrauliklager, bei dem auf das Hydrauliklager einwirkende Störschwingungen durch einen piezoelektrischen Linearaktor in Abhängigkeit der Frequenz der auf das Lager einwirkenden Schwingungen gedämpft werden. Je nach Ansteuerung des Linearaktors wird ein eine Hydraulikflüssigkeit leitender Ringkanal geöffnet oder verschlossen, wodurch auf das Lager einwirkende Störschwingungen kompensiert werden.
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Die Verwendung eines solchen Linearaktors mit der dafür benötigten Steuerung führt zu einem relativ komplexen und teuren Lager. Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Aggregatelager anzugeben, das über einen möglichst einfachen Aufbau verfügt sowie möglichst einfach und kostengünstig herstellbar ist.
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Als erfindungsgemäße Lösung ist vorgesehen, dass bei einem Aggregatelager der eingangs genannten Art der Fluidkanal mit Ausnahme von Öffnungen zu der Arbeitskammer und zu der Ausgleichskammer gänzlich von einer einstückig und insbesondere materialeinheitlich ausgeführten Kanalkomponente des Aggregatelagers umschlossen ist.
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Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, dass das Dämpfungsverhalten des Aggregatelagers durch die Geometrie des innerhalb der Kanalkomponente des Aggregatelagers verlaufenden Kanals bestimmt wird und dass durch die Einstückigkeit ein einfacher Aufbau des Aggregatelagers erreicht wird, wobei insbesondere keine weiteren aktiven Elemente zur Anpassung benötigt werden. Die Einstückigkeit der Kanalkomponente kann beispielsweise mittels eines additiven Herstellungsverfahrens erzielt werden. Dabei können die Kanalgeometrie, die Kanallänge sowie die Kanalquerschnittsfläche entsprechend des gewünschten Dämpfungsverhaltens angepasst werden. Als Arbeitsfluid kann beispielsweise ein hydraulisches Mittel wie Öl eingesetzt werden.
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Der Fluidkanal kann dabei so gestaltet werden, dass er orthogonal zu einer Durchflussrichtung des Arbeitsfluids einen kreisförmigen oder ellipsenförmigen Querschnitt aufweist. Der Querschnitt des Fluidkanals kann über seine gesamte Länge konstant bleiben oder sich abschnittsweise kontinuierlich oder stufenweise ändern. Beispielsweise ist es möglich, dass der Fluidkanal in mehrere Abschnitte unterteilt ist, die verschiedene Querschnittsgeometrien aufweisen, falls dies für das gewünschte Dämpfungsverhalten zweckmäßig ist.
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Für den Verlauf des Fluidkanals innerhalb der Kanalkomponente des Aggregatelagers ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt des Fluidkanals spiralförmig und/oder helixförmig verlaufen kann. An einen spiralförmigen und/oder helixförmigen Abschnitt des Kanals können sich dabei anders geformte Kanalsegmente anschließen, wie beispielsweise gerade Kanalsegmente, wobei ein gerades Kanalsegment sowohl zwei spiralförmige und/oder helixförmige Abschnitte verbinden kann, als auch einen solchen Abschnitt mit der Öffnung des Kanals zur Arbeitskammer oder zur Ausgleichskammer verbinden kann.
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Ergänzend dazu kann zumindest ein spiralförmiger und/oder helixförmiger Abschnitt des Fluidkanals so ausgeführt sein, dass er mehr als eine insbesondere konzentrische Windung aufweist. Diese Windungen liegen bei einem spiralförmigen Verlauf derart in einer Ebene, bzw. sind bei einem helixförmigen Verlauf räumlich so versetzt, dass der Kanal sich in seinem Verlauf nicht selbst schneidet. Diese ineinander und/oder übereinander verlaufenden Windungen ermöglichen es, die Länge des Kanals beliebig zu gestalten. Mit Ausnahme der Öffnungen zu der Arbeitskammer und zu der Ausgleichskammer verlaufen alle Windungen des Fluidkanals gänzlich innerhalb der Kanalkomponente des Aggregatelagers.
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Ergänzend oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der Tragkörper an der Kanalkomponente befestigt ist. Die Befestigung des Tragkörpers an der Komponente erfolgt dabei derart, dass die von ihnen umschlossene Arbeitskammer unabhängig von der Auslenkung, die der Tragkörper erfährt, nach außen hin fluiddicht abgeschlossen bleibt. Das an dem zumindest abschnittsweise aus einem Elastomer gebildeten Tragkörper befestigte Aggregat verursacht, wenn es in Schwingung versetzt wird, eine Schwingung des Tragkörpers. Durch die Schwingung des Tragkörpers ändert sich das Volumen der mit einem Arbeitsfluid gefüllten Arbeitskammer, welche teilweise vom Tragkörper umschlossen ist. Bei dieser Volumenänderung wird Arbeitsfluid aus der Arbeitskammer durch den Fluidkanal in die Ausgleichskammer verdrängt. Um eine Auslenkung des Tragkörpers bei einer Zugbelastung zu begrenzen, kann ein Bügel vorgesehen sein, an dem der Tragkörper bei einer gewissen Auslenkung anschlägt. Der Bügel kann dabei an der Kanalkomponente befestigt werden oder einstückig als Bestandteil dieser Komponente ausgebildet sein.
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Weiterhin kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Ausgleichskammer einen fluiddichten Ausgleichsbalg aufweisen kann, der die Ausgleichskammer in einen ersten Bereich, der über den Fluidkanal mit der Arbeitskammer verbunden ist, und einen zweiten Bereich, der vom Fluidkanal getrennt ist, aufteilt, wobei der zweite Bereich ein Ausgleichsfluid enthält. Das durch ein Komprimieren des Tragkörpers aus der Arbeitskammer in die Ausgleichskammer verdrängte Arbeitsfluid verursacht dort eine Verformung des fluiddichten Ausgleichsbalgs. Das sich im zweiten Bereich der Ausgleichskammer befindende Ausgleichsfluid wird hierdurch um das aus der Arbeitskammer verdrängte Volumen komprimiert.
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Das Aggregatelager kann eine Membran umfassen, welche die Arbeitskammer von einer Dämpfungskammer trennt, wobei die Dämpfungskammer ein Dämpfungsfluid enthält. Über diese Membran werden Schwingungen, deren Frequenz zu hoch ist, um über das Arbeitsfluid und den Ausgleichsbalg an das Ausgleichsfluid weitergeleitet zu werden, an das Dämpfungsfluid weitergegeben, um für eine Dämpfung dieser Frequenzen durch Kompression des Dämpfungsfluids zu sorgen.
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Weiterhin kann das Arbeitsfluid eine Flüssigkeit sein und/oder das Ausgleichsfluid und/oder das Dämpfungsfluid können ein Gas oder Gasgemisch sein. Beispielsweise kann es sich beim Arbeitsfluid um ein Öl handeln und/oder als Ausgleichsfluid und/oder als Dämpfungsfluid kann ein Gas oder Gasgemisch, wie beispielsweise Luft, verwendet werden. Für die Funktion des Aggregatelagers ist es vorteilhaft, wenn das Ausgleichsfluid und das Dämpfungsfluid eine höhere Kompressibilität als das Arbeitsfluid aufweisen. Dies kann bevorzugt durch die Verwendung einer Flüssigkeit für das Arbeitsfluid und die Verwendung eines Gases oder Gasgemisches als Ausgleichsfluid und Dämpfungsfluid erreicht werden.
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An wenigstens einer die Arbeitskammer begrenzenden Komponente kann ein Deckel befestigt sein, wobei in der der Arbeitskammer zugewandten Oberseite des Deckels wenigstens eine Ausnehmung vorgesehen ist, die die Ausgleichskammer und/oder die Dämpfungskammer ausbildet. Dabei kann der Deckel so an der Komponente befestigt sein, dass eine die Dämpfungskammer begrenzende Membran zwischen Deckel und Kanalkomponente fluiddicht eingeschlossen wird. Der Deckel kann mittels eines additiven Verfahrens hergestellt werden, so dass die Gestaltung der Ausgleichskammer und/oder der Dämpfungskammer nicht von der Entformungsrichtung des Deckels abhängig ist. Der Deckel kann dabei so an die Kanalkomponente anschließen, dass die von der Kanalkomponente umschlossenen Fluidkanäle an die im Deckel ausgebildete Ausgleichskammer angrenzen und so die Arbeitskammer mit der Ausgleichskammer fluidisch verbinden.
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Vorzugsweise bildet die Kanalkomponente wenigstens eine weitere Wand der Ausgleichskammer und/oder den Deckel. Hierdurch kann ein besonders einfacher Aufbau des Aggregatelagers erreicht werden. Insbesondere kann die Kanalkomponente gemeinsam mit dem Tragkörper die Arbeitskammer vollständig umschließen. Ergänzend oder alternativ kann die Kanalkomponente gemeinsam mit dem Ausgleichsbalg bzw. der Membran die Ausgleichskammer und/oder die Dämpfungskammer umschließen.
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Die Kanalkomponente oder das gesamte Aggregatelager kann mittels eines additiven Verfahrens hergestellt sein. Das additive Verfahren bietet die Möglichkeit, den Fluidkanal bzw. die Ausgleichskammer und/oder die Dämpfungskammer beliebig zu gestalten. Bevorzugt besteht die Komponente oder die Komponenten des Aggregatelagers aus Kunststoff und/oder Metall. Zu ihrer Fertigung kann beispielsweise ein Verfahren wie selektives Laserschmelzen oder selektives Lasersintern angewandt werden. Es kann auch das gesamte Aggregatelager mittels eines additiven Verfahrens hergestellt sein.
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Neben dem Aggregatelager betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem Aggregat und einem tragenden Rahmen, wobei das Kraftfahrzeug ein erfindungsgemäßes Aggregatelager aufweist, wobei das Aggregat an dem Tragkörper des Aggregatelagers befestigt ist und wobei das Aggregatelager mit der Kanalkomponente und/oder dem Deckel an dem tragenden Rahmen des Kraftfahrzeugs befestigt ist. Bei dem gelagerten Aggregat kann es sich beispielsweise um den Motor und/oder das Getriebe des Kraftfahrzeugs handeln, wobei das Aggregat mit einem oder auch mehreren Aggregatelagern am Rahmen des Kraftfahrzeugs befestigt sein kann.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Aggregatelagers, das die folgenden Schritte umfasst:
- - Bereitstellung eines zumindest abschnittsweise aus einem Elastomer bestehenden Tragkörpers,
- - Herstellung wenigstens einer einstückig ausgeführten Kanalkomponente des Aggregatelagers, welche einen Fluidkanal mit Ausnahme von Öffnungen zu einer Arbeitskammer und zu einer Ausgleichskammer gänzlich umschließt, und
- - Zusammenfügen des Aggregatelagers derart, dass der Tragkörper wenigstens eine Wand der Arbeitskammer bildet, wobei die Arbeitskammer mit einem Arbeitsfluid gefüllt wird, und wobei der Fluidkanal die Arbeitskammer mit einer Ausgleichskammer des Aggregatelagers verbindet.
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Eine weitere, erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, dass die Kanalkomponente mittels eines additiven Verfahrens hergestellt werden kann.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 eine geschnittene Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aggregatelagers,
- 2 eine geschnittene Detailansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aggregatelagers,
- 3 eine geschnittene Draufsicht des in 2 dargestellten erfindungsgemäßen Aggregatelagers, und
- 4 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug.
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Das in 1 dargestellte Aggregatelager 19 weist einen Tragkörper 1 auf, der einen aus einem Elastomer gebildeten Abschnitt 18 sowie eine Aggregatehalterung 2 aufweist. Die Aggregatehalterung 2 weist eine Bohrung 23 auf, an der ein zu lagerndes Aggregat befestigt werden kann. Der aus dem Elastomer gebildete Abschnitt 18 ist hierbei rotationssymmetrisch und umschließt zusammen mit einer ebenfalls rotationssymmetrisch ausgeführten Kanalkomponente 3 des Aggregatelagers 19 eine Arbeitskammer 4, welche nach unten hin durch eine Membran 12 begrenzt ist. In der einstückig ausgeführten Kanalkomponente 3 ist ein Fluidkanal 5 vorgesehen, der die Arbeitskammer 4 mit einer hohlzylinderförmigen Ausgleichskammer 22 verbindet. Die Ausgleichskammer 22 ist durch einen Ausgleichsbalg 10 in einen oberen Bereich 6 und einen unteren Bereich 11 aufgeteilt. Der Fluidkanal 5 weist eine Öffnung 7 zur Arbeitskammer 4 sowie an seinem anderen Ende eine Öffnung 8 zum oberen Bereich 6 der Ausgleichskammer 22 auf. Die Kanalkomponente 3 ist hierbei einstückig aus Metall und mittels eines additiven Verfahrens gefertigt. Dies ermöglicht einen besonders einfachen Aufbau des Aggregatelagers.
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Die Arbeitskammer 4, der Fluidkanal 5 sowie der obere Bereich 6 der Ausgleichskammer 22 sind mit einem Arbeitsfluid befüllt. Eine durch Deformation des Elastomerabschnitts 18 des Tragköpers 1 hervorgerufene Auslenkung des Tragkörpers 1 nach oben hin wird durch einen Bügel 9 begrenzt.
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Bei einer Verformung des Tragkörpers 1 in Richtung der Arbeitskammer 4 wird das in Arbeitskammer 4 befindliche Arbeitsfluid verdrängt, so dass es durch den Fluidkanal 5 in den oberen Bereich 6 der Ausgleichskammer 22 gepresst wird. Das aus der Arbeitskammer 4 verdrängte Volumen des Arbeitsfluids bewirkt eine Verformung des Ausgleichsbalgs 10 in einen unteren Bereich 11 der Ausgleichskammer 22 hinein, wobei das sich im unteren Bereich 11 befindende Ausgleichsfluid entsprechend komprimiert wird. Durch den von der Kanallänge und dem Kanaldurchmesser des Fluidkanals 5 abhängigen Strömungswiderstand für das zwischen der Arbeitskammer 4 und dem oberen Bereich der Ausgleichskammer 6 fließende Arbeitsfluid wird eine Dämpfung einer das Aggregatelager 19 anregenden Störschwingung erreicht.
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Eine mit Luft als Dämpfungsfluid gefüllte Dämpfungskammer 13 ist durch die Membran 12 von der mit dem Arbeitsfluid gefüllten Arbeitskammer 4 abgetrennt. Bei einer hochfrequenten Anregung des Tragkörpers 1, die nicht über das Arbeitsfluid und den Ausgleichsbalg 10 an das Ausgleichsfluid im unteren Bereich 11 der Ausgleichskammer 22 übertragen werden kann, wird die Schwingung durch die Membran 12 an die Dämpfungskammer 13 weitergegeben, wo sie durch Kompression des Dämpfungsfluids abgedämpft wird.
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Die Dämpfungskammer 13, der obere Bereich 6 der Ausgleichskammer 22, der Ausgleichsbalg 10 und der untere Bereich 11 der Ausgleichskammer 22 werden durch einen Deckel 14 gebildet. Der Deckel 14 ist fluiddicht mit der Kanalkomponente 3 des Aggregatelagers 19 verbunden und kann durch ein additives Verfahren, wie beispielsweise selektives Lasersintern oder selektives Laserschmelzen, aus Kunststoff oder Metall gefertigt werden.
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In 2 ist eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aggregatelagers gezeigt, bei der der in der Kanalkomponente 3 ausgebildete Fluidkanal 16 einen spiral- und helixförmigen Verlauf aufweist. Über die Öffnung 7 ist der Fluidkanal 16 mit der Arbeitskammer 4 verbunden sowie über die Öffnung 8 mit dem oberen Bereich der Ausgleichskammer 6. Die Arbeitskammer 4 ist auch hier mit der Membran 12 von der Dämpfungskammer 13 abgetrennt. Der Fluidkanal 16 weist einen spiralförmigen und helixförmigen Verlauf auf und verfügt über zwei konzentrische Windungen. Durch die mehreren Windungen ist der Fluidkanal 16 länger als der Fluidkanal 5 aus dem Ausführungsbeispiel gemäß 1, wodurch das in 2 gezeigte Aggregatelager ein anderes Dämpfungsverhalten erreicht. Durch eine Anpassung der Kanalgeometrie eines Fluidkanals 5, 16, insbesondere durch eine Änderung der Fluidkanallänge und/oder des Fluidkanaldurchmessers, welche aufgrund des addtivien Herstellungsverfahrens leicht möglich ist, kann somit das Dämpfungsverhalten des Aggregatelagers, insbesondere der Frequenzverlauf des Dämpfungsverhaltens, in einfacher Weise angepasst werden.
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Ein Schnitt des Aggregatelagers in 2 durch die Schnittebene III ist in 3 dargestellt. Der spiralförmige und helixförmige Fluidkanal 16 verfügt über eine Öffnung 7 zur Arbeitskammer 4 und über insgesamt zwei konzentrische Windungen. Der unterhalb der gezeigten Schnittebene verlaufende Abschnitt 17 des Fluidkanals 16 ist gestrichelt dargestellt. Nicht dargestellt ist die entsprechende Öffnung zu der darunter liegenden Ausgleichskammer 22, sowie die Dämpfungskammer 13, welche durch die Membran 12 von der Arbeitskammer 4 abgetrennt ist.
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Ein Aggregatelager entsprechend dieses Ausführungsbeispiels kann durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden, indem zunächst der abschnittsweise aus einem Elastomer bestehende Tragkörper 1 bereitgestellt wird. Die Herstellung der einstückigen Kanalkomponente 3 kann beispielsweise durch ein additives Herstellungsverfahren erfolgen. Der Bügel 9 kann entweder gesondert gefertigt und an der Kanalkomponente 3 befestigt werden oder einstückig mit der Kanalkomponente 3 im additiven Herstellungsverfahren gefertigt werden. Anschließend können der Tragkörper 1 und die Kanalkomponente 3 zusammengesetzt werden. Der Deckel 14 kann ebenfalls durch ein additives Herstellungsverfahren gefertigt werden. Nach Befestigung des Ausgleichsbalgs 10 und Befüllen der Arbeitskammer 4 mit dem Arbeitsfluid können der Deckel 14 sowie die Membran 12 an der Kanalkomponente 3 befestigt werden.
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In 4 ist ein Ausführungsbeispiel eines Kraftfahrzeugs 20 dargestellt, welches ein Aggregat 21, nämlich einen Motor, aufweist, das über zwei Aggregatelager 19 an einem tragenden Rahmen des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) befestigt ist. Die Aggregatelager können wie vorangehend erläutert aufgebaut sein. Das Aggregat ist dabei an den Tragkörpern 1 der Aggregatelager 19 befestigt, welche ihrerseits mit ihren Kanalkomponenten 3 am tragenden Rahmen des Kraftfahrzeugs 20 befestigt sind. Alternativ dazu können die Aggregatelager 19 bei entsprechender Ausführung auch mit ihren Deckeln 14 an dem tragenden Rahmen des Kraftfahrzeugs 20 befestigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 202012000387 U1 [0003]
